(PETROBRAS 2014) A primeira lei da termodinâmica para uma mudança de estado num sistema fechado estabelece que, quando um sistema passa por uma mudança de fase, a energia pode cruzar a fronteira:
a) somente na forma de calor, podendo este calor ser positivo ou negativo.
b) somente na forma de trabalho, sendo este trabalho sempre positivo.
c) na forma de calor ou de trabalho, sendo ambos positivos.
d) na forma de calor ou de trabalho, sendo ambos negativos.
e) na forma de calor ou de trabalho, e cada um deles pode ser positivo ou negativo.
a) somente na forma de calor, podendo este calor ser positivo ou negativo.
b) somente na forma de trabalho, sendo este trabalho sempre positivo.
c) na forma de calor ou de trabalho, sendo ambos positivos.
d) na forma de calor ou de trabalho, sendo ambos negativos.
e) na forma de calor ou de trabalho, e cada um deles pode ser positivo ou negativo.
Passo 1
Vamos resumir a questão: estamos lidando com a primeira lei da termodinâmica, que se aplica a um sistema fechado passando por uma mudança de fase. Precisamos entender como a energia pode atravessar a fronteira desse sistema, especificamente na forma de calor e/ou trabalho. Para resolver, vamos revisar o que cada termo significa e como eles interagem na primeira lei.
Passo 2
A primeira lei da termodinâmica é essencialmente a lei da conservação da energia. Ela nos diz que a energia total de um sistema isolado permanece constante. Matematicamente, podemos expressar isso como:
Onde:
-
é a variação da energia interna do sistema. -
é o calor trocado com o ambiente. -
é o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 3
Um sistema fechado é aquele que pode trocar energia (como calor e trabalho) com o ambiente, mas não troca massa. Quando ocorre uma mudança de fase (por exemplo, de sólido para líquido), a energia é necessária ou liberada na forma de calor latente.
Passo 4
Vamos analisar as formas de energia que podem atravessar a fronteira do sistema:
-
Calor (
): Pode ser positivo ou negativo. - Positivo: Quando o sistema absorve calor do ambiente.
- Negativo: Quando o sistema libera calor para o ambiente.
-
Trabalho (
): Também pode ser positivo ou negativo. - Positivo: Quando o sistema realiza trabalho sobre o ambiente.
- Negativo: Quando o ambiente realiza trabalho sobre o sistema.
Passo 5
Analisando as alternativas:
- a) Correta sobre o calor, mas ignora a possibilidade de trabalho.
- b) Errada porque o trabalho pode ser negativo.
- c) Errada porque calor e trabalho não precisam ambos ser positivos.
- d) Errada porque calor e trabalho não precisam ambos ser negativos.
- e) Correta, pois reconhece que tanto o calor quanto o trabalho podem ser positivos ou negativos, dependendo da direção do fluxo de energia.
Resposta
Letra e).