Em relação à Primeira Lei da Termodinâmica, julgue os itens.
I. A variação da energia interna, quando um sistema absorve 200 cal e realiza um trabalho de 200 J , é 400 J .
II. A expressão
significa que um sistema termodinâmico gera calor e trabalho.
III. Um sistema que cede 50 cal para o meio ambiente e recebe trabalho de 150 J tem variação de energia interna negativa.
IV. Calor e trabalho são duas grandezas físicas de mesma dimensão.
I. A variação da energia interna, quando um sistema absorve 200 cal e realiza um trabalho de 200 J , é 400 J .
II. A expressão
III. Um sistema que cede 50 cal para o meio ambiente e recebe trabalho de 150 J tem variação de energia interna negativa.
IV. Calor e trabalho são duas grandezas físicas de mesma dimensão.
Passo 1
Aqui está o que o enunciado pede e os dados que ele dá. São quatro itens para julgar (verdadeiro/falso):
I. O sistema absorve
e realiza um trabalho de
. Afirma que a variação da energia interna é
.
II. A expressão
significa que um sistema termodinâmico gera calor e trabalho.
III. O sistema cede
para o meio ambiente e recebe trabalho de
. Pergunta se a variação de energia interna é negativa.
IV. Afirma que calor e trabalho são grandezas físicas de mesma dimensão.
Dados relevantes extraídos do enunciado (vou usá-los explicitamente): a quantidade de calor e trabalho em cada item, e a expressão fornecida
. Também vou usar a conversão usual entre calorias e joules:
.
Passo 2
Mini-aula rápida e necessária: o que é a Primeira Lei e como ler símbolos.
-
A Primeira Lei da Termodinâmica é a conservação da energia aplicada a um sistema macroscópico. Em palavras simples: a variação da energia interna do sistema é igual ao calor fornecido ao sistema menos o trabalho que o sistema realiza sobre o entorno (ou, dependendo da convenção, é igual ao calor recebido mais o trabalho realizado sobre o sistema).
-
Duas formas equivalentes, só cuidado com o sinal:
- Forma muito usada:
, onde -
é a variação da energia interna (unidade: ), -
é o calor trocado com o sistema (positivo se o sistema recebe calor), -
é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente (positivo se o sistema realiza trabalho).
-
- Forma alternativa (a do enunciado):
, onde -
é o trabalho realizado sobre o sistema (positivo se o ambiente faz trabalho sobre o sistema).
Essas duas formas são consistentes porque, numericamente,.
-
- Forma muito usada:
-
Observação conceitual importante (para evitar confusão de linguagem): a equação não diz que o sistema “gera” calor ou trabalho. Ela faz o balanço energético: calor e trabalho são formas de transferência de energia entre sistema e entorno; a equação relaciona essas trocas com a mudança da energia interna.
Passo 3
Conversão de unidades (muito prática para os itens I e III):
- Vou usar
. - Então:
-
. -
.
-
Mostro esses números porque o enunciado mistura
e
; para somar/subtrair precisamos tudo em mesmas unidades (
).
Passo 4
Julgo o item I com cálculo passo a passo.
Dados do item I:
- O sistema absorve
(positivo porque recebe calor). - O sistema realiza trabalho de
(positivo quando o sistema realiza trabalho).
Usando a forma
,
Comparando com a afirmação do item que diz
, vemos que
, não
. Logo o item I é falso.
Passo 5
Julgo o item II explicando o significado da expressão.
A expressão dada é
. Interpretação correta:
-
é a variação da energia interna. -
é o calor recebido pelo sistema (positivo se entra). -
é o trabalho realizado sobre o sistema (positivo se o entorno faz trabalho sobre ele).
O enunciado afirma que essa expressão “significa que um sistema termodinâmico gera calor e trabalho”. Isso é impreciso/errado: a equação não afirma que o sistema gera calor ou gera trabalho; ela relaciona a variação da energia interna com o calor que entra e o trabalho que entra (ou sai, dependendo do sinal). O calor e o trabalho são transferências de energia entre sistema e entorno — a equação é um balanço, não uma declaração de geração.
Portanto o item II é falso.
Passo 6
Julgo o item III com cálculo passo a passo.
Dados do item III:
- O sistema cede
para o meio ambiente (negativo porque sai calor do sistema). - O sistema recebe trabalho de
. Receber trabalho significa que o trabalho é feito sobre o sistema, logo . Usando a forma ,
O resultado é
, ou seja, negativo. Isso confirma a afirmação do item III (que a variação de energia interna é negativa). Assim, o item III é verdadeiro.
(Observação: se você preferir usar
com
trabalho realizado pelo sistema, receber trabalho significa
, e dá o mesmo resultado numérico:
.)
Passo 7
Julgo o item IV explicando conceito e dimensão.
- Calor e trabalho são ambos modos de transferência de energia. Em termos de unidades físicas eles têm a mesma dimensão que energia: dimensão
e unidade no SI é (joule). - Apesar de terem a mesma dimensão e unidade, calor e trabalho não são funções de estado (são caminho-dependentes), enquanto a energia interna é função de estado. Mas isso não altera a dimensão física — ambas têm dimensão de energia.
Portanto a afirmação do item IV é verdadeira.
Resposta
I. Falso
II. Falso
III. Verdadeiro
IV. Verdadeiro
II. Falso
III. Verdadeiro
IV. Verdadeiro