9- Um sistema não isolado está cedendo energia para o meio ambiente na forma de calor. Dessa maneira, podemos afirmar que

Passo 1

O enunciado dá que um sistema não isolado está cedendo energia para o meio ambiente na forma de calor. O que se pede é: o que podemos afirmar, com certeza, a partir dessa informação?
Informações relevantes fornecidas:
  • O sistema está cedendo energia para o meio ambiente.
  • A forma dessa energia cedida é calor.

Passo 2

Primeiro, vamos fixar notações e uma regra de sinal simples que facilita pensar nesses problemas. Sempre que eu usar símbolos matemáticos vou explicar o que são.
  • Q = calor trocado com o sistema. Pela convenção que vou usar aqui (a mais comum em termodinâmica): Q>0 significa calor entrando no sistema; Q<0 significa calor saindo do sistema.
  • W = trabalho realizado pelo sistema. Pela mesma convenção: W>0 significa trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente; W<0 significa trabalho realizado pelo ambiente sobre o sistema.
  • \Delta U = variação da energia interna do sistema.
A Primeira Lei da Termodinâmica (conservação da energia para um sistema) relaciona essas grandezas:
\Delta U = Q - W.
Explicando a fórmula: a energia interna do sistema aumenta com o calor que entra ( Q) e diminui com o trabalho que o sistema realiza sobre o ambiente ( W). A fórmula é uma contabilidade de energia: o que entra como calor menos o que sai como trabalho resulta na mudança da energia interna.

Passo 3

Aplicando ao enunciado: o sistema “cede energia … na forma de calor”. Pela definição de sinal acima, isso significa que o calor associado ao sistema é negativo:
Q < 0.
Isto é uma afirmação direta e segura: o sistema perde calor.

Passo 4

Agora, atenção ao que NÃO se pode afirmar automaticamente só com essa informação. Muitas vezes a pergunta de prova quer “a energia interna diminui?” — cuidado. Use a Primeira Lei:
\Delta U = Q - W.
Sabendo apenas que Q<0, o sinal de \Delta U depende também de W. Vou dar três exemplos numéricos simples (todos com Q=-50\\ \text{J}, ou seja, o sistema perde 50\\ \text{J} de calor):
  • Se não há trabalho trocado ( W=0), então
    \Delta U = -50 - 0 = -50\\ \text{J},
    ou seja, a energia interna diminui.
  • Se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema igual a 100\\ \text{J} (isso corresponde a W=-100\\ \text{J} pela convenção), então
    \Delta U = -50 - (-100) = 50\\ \text{J},
    ou seja, a energia interna aumenta apesar do sistema perder calor.
  • Se o sistema faz trabalho sobre o ambiente de 20\\ \text{J} ( W=20\\ \text{J}), então
    \Delta U = -50 - 20 = -70\\ \text{J},
    a energia interna diminui ainda mais.
Conclusão desses exemplos: saber que o sistema cede calor ( Q<0) NÃO é suficiente para garantir que \Delta U<0. É preciso também saber o trabalho W.

Passo 5

Outras afirmações certas e úteis, que podemos escrever com segurança:
  • O meio ambiente recebe calor positivo; se Q_{\text{sys}}=Q então Q_{\text{amb}} = -Q > 0.Ou seja, o ambiente ganha a energia que o sistema perde por calor.
  • Se o calor foi cedido espontaneamente para um reservatório térmico maior (caso comum), a entropia do reservatório aumenta em \Delta S_{\text{amb}} = \dfrac{Q_{\text{amb}}}{T_{\text{amb}}} (para T_{\text{amb}} aproximadamente constante). Mas essa última afirmação necessita de conhecimento da temperatura e de condições de reversibilidade — é um comentário adicional, não uma consequência direta e sempre aplicável sem mais dados.

Passo 6

Resumo intuitivo (para decorar e usar na prova): “sistema cedendo calor” significa sempre Q<0. A variação da energia interna \Delta U só é determinada quando se conhece também o trabalho W; portanto não se pode afirmar a regra do sinal de \Delta U apenas pelo fato de o sistema ceder calor.

Resposta

Q<0.
Não é possível afirmar necessariamente que \Delta U<0 pois \Delta U = Q - W depende do trabalho.
O meio ambiente recebe calor Q_{\mathrm{amb}}=-Q>0.

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