QUESTÃO 1 (Valor: 2,00 pontos). Leia as proposições a seguir, indique quais são verdadeiras (V) e falsas (F) e justifique as falsas.
I. ( ) Um sistema termodinâmico é composto por um gás em um recipiente com paredes conhecidas.
II. ( ) As paredes do recipiente não influenciam em nada no comportamento de um gás durante uma transformação termodinâmica.
III. ( ) Calor é uma energia interna do sistema que pode ser transferida a outro.
IV. ( ) Dois sistemas com níveis diferentes de energia interna necessariamente trocarão calor, se entrarem em contato térmico.
V. ( ) O calor flui do corpo mais quente para o mais frio, sempre. É impossível ocorrer o processo inverso.
VI. ( ) É impossível que sistemas em temperaturas diferentes não troquem calor.
VII. ( ) Historicamente, utilizou-se os pontos do gelo e do vapor (à nível do mar) para calibrar os termômetros de mercúrio. Pode-se utilizar quaisquer outros pontos para fazê-lo, que o instrumento funcionaria da mesma forma.
VIII. ( ) Um termômetro graduado em Fahrenheit só funciona porque foi estabelecido -32^{\circ} \mathrm{F} para o ponto do gelo e 212^{\circ} \mathrm{F} para o ponto do vapor. Se outras indicações fossem convencionadas, o termômetro não funcionaria.
IX. ( ) Não existe ganho teórico na definição da escala Kelvin. Ela possui a mesma validade que as outras escalas conhecidas, como Celsius e Fahrenheit.
X. ( ) Materiais isotrópicos conservam suas propriedades físicas em qualquer direção, o que não ocorre com os materiais anisotrópicos.
XI. ( ) Líquidos e gases dilatam mais do que sólidos, logo, possuem menores coeficientes de dilatação.
XII. ( ) A latência de um material, medida pelo calor latente, assume valores diferentes a depender da transição de fase que ocorre.

Passo 1

O enunciado apresenta doze proposições sobre conceitos de termodinâmica (definição de sistema, calor, leis da termodinâmica, escalas termométricas) e propriedades físicas de materiais (isotropia, dilatação, calor latente). Vamos usar definições formais de sistema e fronteira, distinção entre calor e energia interna, segunda lei, calibração de termômetros e coeficientes físicos para avaliar cada proposição.

Passo 2

Analisamos I–IV, que tratam de sistema termodinâmico e calor:
• Um sistema termodinâmico é qualquer porção de matéria definida por fronteiras (podem ser sólidas, diatérmicas etc.), não se restringindo a “gás em recipiente”.
• As propriedades das paredes (rigidez, condutividade térmica, permeabilidade) influenciam trabalho e troca de calor.
• Calor não é energia interna, mas energia em trânsito devido à diferença de temperatura.
• A troca de calor depende do gradiente de temperatura e do tipo de fronteira (adiabática vs. diatérmica), não do valor absoluto da energia interna.

Passo 3

Analisamos V–VI, que invocam a segunda lei e troca de calor:
• A segunda lei (forma de Clausius) diz que, espontaneamente, o calor flui do corpo quente para o frio, mas processos inversos ocorrem se houver trabalho (refrigeração).
• Se sistemas em temperaturas diferentes estiverem separados por fronteiras adiabáticas, eles não trocam calor apesar da diferença de temperatura.

Passo 4

Analisamos VII–IX, sobre escalas termométricas:
• Qualquer termômetro que apresente resposta linear ao parâmetro termométrico (por exemplo, dilatação de mercúrio) pode ser calibrado usando dois pontos de referência arbitrários, contanto que sejam reprodutíveis.
• As indicações numéricas (por exemplo, -32^\circ\mathrm{F} e 212^\circ\mathrm{F}) são convenções; o funcionamento físico independe dos números escolhidos.
• A escala Kelvin, baseada no zero absoluto, traz ganho teórico (temperatura absoluta entra diretamente em leis como a de gases ideais e na entropia), diferentemente de Celsius ou Fahrenheit.

Passo 5

Analisamos X–XII, sobre propriedades de materiais:
• Materiais isotrópicos têm propriedades independentes da direção, o que não ocorre em anisotrópicos.
• Coeficientes de dilatação volumétrica crescem com a facilidade de expansão: gases têm coeficientes muito maiores que líquidos, e estes maiores que sólidos.
• O calor latente varia conforme a fase envolvida (fusão, vaporização, sublimação), logo cada transição tem valor distinto.

Resposta

I. Falsa. Um sistema termodinâmico pode ser sólido, líquido, mistura etc.; não é limitado a “gás em recipiente”.
II. Falsa. As características da parede (diatérmica, adiabática, móvel, rígida) afetam diretamente trabalho e calor trocado.
III. Falsa. Calor é energia em trânsito devido à diferença de temperatura, não faz parte da energia interna até ser transferido.
IV. Falsa. A troca de calor depende de diferença de temperatura e tipo de fronteira, não do valor absoluto da energia interna.
V. Falsa. Embora o calor flua espontaneamente do quente para o frio, é possível inverter o sentido usando trabalho (ciclos de refrigeração).
VI. Falsa. Fronteiras adiabáticas impedem qualquer troca de calor mesmo com diferença de temperatura.
VII. Verdadeira. Qualquer dois pontos fixos reprodutíveis podem calibrar um termômetro linear sem alterar seu princípio de funcionamento.
VIII. Falsa. Os valores numéricos em Fahrenheit são convenções; o termômetro funciona independentemente dos números atribuídos.
IX. Falsa. A escala Kelvin possui fundamentação teórica (zero absoluto, entropia) que a torna mais adequada em termodinâmica do que escalas arbitrárias.
X. Verdadeira. Materiais isotrópicos têm propriedades idênticas em todas as direções; anisotrópicos não.
XI. Falsa. Líquidos e gases dilatam mais que sólidos porque seus coeficientes de dilatação são maiores, não menores.
XII. Verdadeira. Cada transição de fase (fusão, vaporização etc.) tem calor latente característico diferente.

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