3.3- Em um processo sem transição de fase, um sistema fechado mantêm-se à temperatura constante enquanto recebe 250 kJ de energia na forma de calor.
Calcule o trabalho, em kJ, realizado pelo sistema.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações (vou listar bem claro):
  • Sistema fechado recebe calor Q = 250\\ \text{kJ} (recebeu energia na forma de calor).
  • O processo ocorre à temperatura constante e sem transição de fase.
    O que é pedido: calcular o trabalho realizado pelo sistema, em \text{kJ}.

Passo 2

Lembra da primeira lei da termodinâmica para um sistema fechado (forma energética básica):
\Delta U = Q - W
onde:
  • \Delta U é a variação da energia interna do sistema (em \text{kJ}),
  • Q é o calor fornecido ao sistema (positivo se entra no sistema),
  • W é o trabalho realizado pelo sistema (positivo se o sistema realiza trabalho sobre o entorno).
Vou explicar essa fórmula com calma: ela é só conservação de energia — a energia interna muda porque entrou calor Q e porque o sistema fez trabalho W. O sinal Q-W significa que, se o sistema recebe calor e não faz trabalho, sua energia interna aumenta; se ele faz trabalho sem receber calor, a energia interna diminui, etc.

Passo 3

Agora vejamos a condição de temperatura constante e “sem transição de fase”. Em muitos problemas básicos (e assumindo que a questão foi formulada de modo clássico), a energia interna do sistema depende essencialmente da temperatura quando não há mudança de fase nem mudança de composição. Assim, se a temperatura não varia e não ocorre transição de fase, podemos considerar:
\Delta U = 0.
Explicando de forma prática: energia interna costuma variar com a temperatura; se a temperatura permanece a mesma e a substância não muda de fase, não há razão para a energia interna total se alterar — portanto \Delta U = 0. (Em provas, essa é a conclusão esperada para um processo isotérmico sem fase.)

Passo 4

Substituindo \Delta U = 0 e Q = 250\\ \text{kJ} na primeira lei:
0 = 250\\ \text{kJ} - W.
Agora resolvemos para W:
W = 250\\ \text{kJ}.

Passo 5

Interpretação do resultado: W = 250\\ \text{kJ} significa que todo o calor fornecido foi convertido em trabalho realizado pelo sistema. Isso é típico de um processo isotérmico ideal (por exemplo, um gás ideal em processo reversível) onde a variação de energia interna é zero, então Q=W.
Dica para a prova — como reconhecer rápido: quando o enunciado diz “temperatura constante” e não menciona mudança de fase nem variação de massa, imediatamente pense em \Delta U=0 e aplique \Delta U = Q - W. Assim a conta vira só W=Q. É uma manobra padrão que economiza tempo.

Resposta

250\\ \text{kJ}

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