Em um sistema que recebe energia na forma calor e realiza trabalho sobre a vizinhança: (Use a convenção de
)
◯ a. A energia interna é sempre zero
◯ b. A energia interna sempre aumenta
◯ c. A energia interna sempre diminui
◯ d. Não há variação de energia interna
◯ e. A variação depende dos valores de calor e trabalho
◯ a. A energia interna é sempre zero
◯ b. A energia interna sempre aumenta
◯ c. A energia interna sempre diminui
◯ d. Não há variação de energia interna
◯ e. A variação depende dos valores de calor e trabalho
Passo 1
O enunciado nos dá as seguintes informações e pergunta qual alternativa está correta:
- Um sistema “recebe energia na forma calor” — isto significa que há transferência de calor para o sistema.
- O mesmo sistema “realiza trabalho sobre a vizinhança” — isto significa que o sistema faz trabalho sobre o ambiente.
- Foi dada a convenção/expressão da primeira lei:
.
A pergunta é: dentre as alternativas (a) a (e), qual descreve corretamente a variação da energia interna do sistema?
Passo 2
Explicando a convenção de sinais (muito importante para interpretar
):
-
é o calor trocado com o sistema. Por convenção: quando calor entra no sistema (sistema recebe calor) e quando calor sai do sistema. -
é o trabalho no sistema segundo a convenção usada aqui. Por convenção: quando trabalho é realizado sobre o sistema (o ambiente faz trabalho no sistema) e quando o sistema realiza trabalho sobre o ambiente (o sistema faz trabalho para fora).
No enunciado: “recebe energia na forma calor” implica. “Realiza trabalho sobre a vizinhança” implica . Essas são as duas informações-chave de sinal que vamos usar.
Passo 3
Agora apliquei isso na fórmula
. Com
e
, o valor de
depende das magnitudes relativas de
e
:
- Se
(ou seja, o calor recebido é maior em módulo do que o trabalho realizado), então e a energia interna aumenta. - Se
, então e não há variação de energia interna. - Se
, então e a energia interna diminui.
Exemplos numéricos simples (para fixar a ideia):
- Caso 1:
(unidades de energia), . Então → energia interna aumenta. - Caso 2:
, . Então → sem variação de energia interna. - Caso 3:
, . Então → energia interna diminui.
Esses exemplos mostram que, mesmo com calor entrando e trabalho sendo realizado pelo sistema, o sinal final de
depende dos valores numéricos de
e
.
Passo 4
Portanto não é correto afirmar que a energia interna é sempre zero, sempre aumenta, sempre diminui ou que não varia. A conclusão correta é que a variação da energia interna depende dos valores de calor e trabalho — ou seja, depende de
e
.
Resposta
e. A variação depende dos valores de calor e trabalho