Quando um sistema passa de um estado 1 para um estado 2, a quantidade de calor envolvida no processo independe do caminho e do tipo de transformação ocorrida.
Escolha uma opção:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
O fluxo natural de calor de um corpo mais frio para um mais quente não viola a
Lei da Termodinâmica.
Escolha uma opção:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
A variação da energia interna tem o mesmo valor para qualquer processo que leve do mesmo estado inicial ao mesmo estado final, exceto os irreversíveis.
Escolha uma opção:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
◯ Verdadeiro
◯ Falso
Passo 1
Vou listar exatamente o que o enunciado pede — peguei as três afirmações do enunciado e preciso dizer se cada uma é verdadeira ou falsa:
-
“Quando um sistema passa de um estado 1 para um estado 2, a quantidade de calor envolvida no processo independe do caminho e do tipo de transformação ocorrida.”
-
“O fluxo natural de calor de um corpo mais frio para um mais quente não viola a
Lei da Termodinâmica.” -
“A variação da energia interna tem o mesmo valor para qualquer processo que leve do mesmo estado inicial ao mesmo estado final, exceto os irreversíveis.”
O objetivo é avaliar cada afirmação e justificar de forma didática por que ela é verdadeira ou falsa.
Passo 2
Conceitos-chave que vamos usar (explicadinho passo a passo):
- Energia interna
: é uma função do estado do sistema. Isso significa que depende só das propriedades que definem o estado (por exemplo, para um gás ideal, depende da temperatura). Se eu for do estado 1 ao estado 2, a variação de energia interna é
Como
é diferença de uma função de estado, ela só depende dos estados 1 e 2, não do caminho.
-
Calor
e trabalho : são quantidades que representam energia trocada entre sistema e vizinhança durante um processo. Importante: calor e trabalho NÃO são funções de estado; são funções de processo (também chamadas de variáveis “dependentes do caminho”). Para indicar essa diferença costuma-se escrever e (em vez de , ), porque elas não são diferenciais exatos. -
Primeira lei da termodinâmica (conservação da energia): para um sistema fechado,
seguindo a convenção comum:
é calor recebido pelo sistema e
é trabalho realizado pelo sistema. Essa equação diz que a variação da energia interna é a diferença entre energia entra por calor e energia sai por trabalho.
Explicando em linguagem simples: a soma (ou balanço) entre calor e trabalho determina a mudança de energia interna, mas calor isoladamente não é uma “propriedade” do estado.
Passo 3
Analisando a afirmação 1 com base no que vimos:
A afirmação diz que “a quantidade de calor … independe do caminho”. Mas acabamos de ver que calor
é uma quantidade de processo: dois caminhos diferentes entre o mesmo estado 1 e 2 podem trocar quantidades diferentes de calor com a vizinhança, desde que o trabalho também se ajuste para que
seja o mesmo.
Exemplo concreto e simples (sem números complicados): considere um gás que vai do estado 1 ao estado 2. Se o processo for isoterma e reversível, pode haver
diferente do
que ocorreria num processo adiabático seguido de um aquecimento, embora no fim a energia interna (se os estados forem os mesmos) seja igual. Portanto a afirmação 1 é falsa: o calor depende do caminho.
Passo 4
Analisando a afirmação 2 (sobre fluxo natural de calor de mais frio para mais quente e a
Lei):
A primeira lei é apenas conservação de energia: ela exige que toda energia que some/saia esteja contabilizada por
e
e por
. Se, hipoteticamente, calor passasse espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente, isso não necessariamente violaria a conservação de energia — a energia se deslocaria, mas o balanço energético poderia ser fechado. O que tal fluxo natural violaria é a segunda lei da termodinâmica (lei da irreversibilidade), porque a segunda lei impõe a direção natural dos processos térmicos (calor espontâneo vai do quente para o frio) e envolve aumento de entropia.
Portanto a frase “não viola a
Lei” está correta: tal fluxo, embora impossível espontaneamente pela segunda lei, não contradiz a primeira lei. Conclusão: a afirmação 2 é verdadeira.
Observação amigável: é muito comum confundir “não pode acontecer” com “viola a 1ª lei”; normalmente o impedimento vem da 2ª lei (entropia), não da 1ª.
Passo 5
Analisando a afirmação 3 (sobre variação da energia interna e irreversibilidades):
A frase diz que "
tem o mesmo valor para qualquer processo que leve do mesmo estado inicial ao mesmo estado final, exceto os irreversíveis." Isso sugere que irreversibilidades fariam
depender do caminho — mas isso é incorreto. A energia interna
é uma função de estado; portanto para qualquer processo (reversível ou irreversível) que conecte os mesmos estados 1 e 2 vale
independente de o processo ser reversível ou irreversível. O que muda entre processos reversíveis e irreversíveis são
e
separados, não
. Por exemplo, uma compressão irreversível pode requerer menos ou mais calor trocado do que uma compressão reversível, mas a variação total de
depende apenas dos estados finais e iniciais. Logo a parte “exceto os irreversíveis” é falsa. Conclusão: a afirmação 3 é falsa.
Passo 6
Recap rápido e exemplo para fixar (modo amigo e prático):
- Pense em
como a altitude entre duas cidades: a diferença de altitude entre cidade A e cidade B não depende da estrada que se toma; é igual para qualquer rota. O calor é como a quantidade de combustível gasta numa rota: depende da estrada escolhida. A primeira lei é o “balanço de energia” que relaciona combustível gasto, variação de altitude e energia gasta em outras coisas. Mesmo que alguém tentasse subir sem gastar combustível (fluxo contra o gradiente sem trabalho externo), isso não quebra a conta de energia (1ª lei), mas quebra as leis físicas que regem a direção natural (2ª lei).
Resposta
Falso
Verdadeiro
Falso
Verdadeiro
Falso