Em um processo termodinâmico, um sistema troca energia com sua vizinhança na forma de calor e trabalho. Analise as aíirmativas sobre a Primeira Lei da Termodinâmica: Contexto:
I. A energia interna de um sistema isolado permanece onstante.
II. O calor e o trabalho são formas de transferência de energia, não propriedades do sistema.
III. Em um proessocílico, a variação da energia interna é diferente de zero.
IV. O trabalho realizado por um gás durante uma expansão isotérmica é igual ao calor absorvido.
V. A Primeira Lei proíbe a criação ou destruição de energia, apenas sua transformação.
Assinale alternativa que contém apenas as afirmativas corretas:
◯ a. I,II,IV eV
◯ b. II, III e V
◯ c. Todas estão
◯ d. I, ll e lll
◯ e. I, III e IV
I. A energia interna de um sistema isolado permanece onstante.
II. O calor e o trabalho são formas de transferência de energia, não propriedades do sistema.
III. Em um proessocílico, a variação da energia interna é diferente de zero.
IV. O trabalho realizado por um gás durante uma expansão isotérmica é igual ao calor absorvido.
V. A Primeira Lei proíbe a criação ou destruição de energia, apenas sua transformação.
◯ a. I,II,IV eV
◯ b. II, III e V
◯ c. Todas estão
◯ d. I, ll e lll
◯ e. I, III e IV
Passo 1
O enunciado apresenta cinco afirmativas sobre a Primeira Lei da Termodinâmica e pede que aponte quais são corretas. As afirmativas são:
I. A energia interna de um sistema isolado permanece constante.
II. O calor e o trabalho são formas de transferência de energia, não propriedades do sistema.
III. Em um processo cíclico, a variação da energia interna é diferente de zero.
IV. O trabalho realizado por um gás durante uma expansão isotérmica é igual ao calor absorvido.
V. A Primeira Lei proíbe a criação ou destruição de energia, apenas sua transformação.
II. O calor e o trabalho são formas de transferência de energia, não propriedades do sistema.
III. Em um processo cíclico, a variação da energia interna é diferente de zero.
IV. O trabalho realizado por um gás durante uma expansão isotérmica é igual ao calor absorvido.
V. A Primeira Lei proíbe a criação ou destruição de energia, apenas sua transformação.
A pergunta final: qual alternativa contém apenas as afirmativas corretas (a, b, c, d ou e).
Passo 2
Vamos lembrar a formulação básica e as definições que precisamos usar (sempre com calma — passo a passo).
A Primeira Lei da Termodinâmica, em sua forma mais usada para um sistema fechado, é
onde:
-
é a variação da energia interna do sistema (uma propriedade do estado do sistema); -
é o calor recebido pelo sistema (positivo se entra calor no sistema); -
é o trabalho realizado pelo sistema sobre o entorno (positivo se o sistema realiza trabalho).
Observações importantes e didáticas:
- Energia interna
é uma função de estado: seu valor depende somente do estado atual (por exemplo, temperatura, pressão, composição), não do caminho. Portanto, se o sistema volta ao mesmo estado, . - Calor
e trabalho são formas de transferência de energia: seus valores dependem do processo (do caminho). Não são propriedades do estado do sistema.
Vou usar essas ideias para verificar cada afirmativa.
Passo 3
Análise da afirmativa I: “A energia interna de um sistema isolado permanece constante.”
Definição: um sistema isolado não troca nem calor nem trabalho com a vizinhança. Isso significa
e
. Aplicando a Primeira Lei:
Logo,
: a energia interna permanece constante. Conclusão: a afirmativa I é correta.
Passo 4
Análise da afirmativa II: “O calor e o trabalho são formas de transferência de energia, não propriedades do sistema.”
Explicação didática: propriedades ou funções de estado são grandezas cujo valor depende só do estado do sistema (por exemplo,
,
,
). Transferências como calor e trabalho descrevem energia que “entra” ou “sai” durante um processo; seus valores dependem de como o processo ocorre (do caminho entre estados). Por exemplo, ligar duas trajetórias diferentes que levam do mesmo estado A ao mesmo estado B pode resultar em
e
diferentes, mas
será o mesmo. Portanto, calor e trabalho são grandezas de processo (não propriedades). Conclusão: a afirmativa II é correta.
Passo 5
Análise da afirmativa III: “Em um processo cíclico, a variação da energia interna é diferente de zero.”
Definição: em um processo cíclico o sistema retorna ao estado inicial. Como
é função de estado, ao retornar ao mesmo estado temos:
Portanto a variação da energia interna é zero, não diferente de zero. Conclusão: a afirmativa III é falsa.
Passo 6
Análise da afirmativa IV: “O trabalho realizado por um gás durante uma expansão isotérmica é igual ao calor absorvido.”
Explicação passo a passo: em um processo isotérmico a temperatura
do sistema permanece constante. Para muitos problemas elementares (gases ideais) a energia interna
depende apenas da temperatura, i.e.,
. Assim, para um processo isotérmico temos
. Aplicando a Primeira Lei:
Interpretação: o calor fornecido ao sistema é igual ao trabalho realizado pelo sistema. Observação prática: essa igualdade vale sempre que
. Para o caso típico tratado em termodinâmica elementar (gás ideal em expansão isotérmica) a afirmativa é correta. (Se o enunciado tratasse de um sistema cujo
depende de outras variáveis além da temperatura, haveria uma ressalva, mas no contexto padrão da disciplina a afirmação é aceita.) Conclusão: a afirmativa IV é correta.
Passo 7
Análise da afirmativa V: “A Primeira Lei proíbe a criação ou destruição de energia, apenas sua transformação.”
Interpretação: a Primeira Lei é a expressão da conservação da energia aplicada a sistemas termodinâmicos — energia não é criada nem destruída, apenas transformada ou transferida entre formas (calor, trabalho, energia interna, etc.). Portanto a afirmativa é uma boa descrição conceitual da Primeira Lei. Conclusão: a afirmativa V é correta.
Passo 8
Resumo das conclusões:
- I: verdadeira.
- II: verdadeira.
- III: falsa.
- IV: verdadeira (no contexto usual de gás ideal /
em isotérmico). - V: verdadeira.
Logo as afirmativas corretas são I, II, IV e V, que corresponde à alternativa (a).
Resposta
a. I, II, IV e V