Em um sistema termodinâmico com um gás ideal, diversas transformações podem ocorrer. Sobre as transformações termodinâmicas descritas a seguir, indique a alternativa correta.
(A) Em uma transformação cíclica realizada em um ciclo de Carnot, o sistema realiza trabalho sobre o ambiente durante a expansão isotérmica e absorve calor da fonte quente, mantendo a entropia constante no ciclo, com a eficiência do ciclo sendo dependente da temperatura das fontes térmicas.
(B) Durante uma expansão livre de um gás ideal, o volume aumenta sem realizar trabalho, a pressão diminui, mas a temperatura do sistema pode variar dependendo da natureza do gás, com a entropia do sistema aumentando devido à irreversibilidade do processo.
(C) Em uma transformação isotérmica de um gás ideal, a pressão e o volume variam de tal forma que o trabalho realizado é inversamente proporcional à temperatura do sistema, sendo a variação da energia interna nula. Durante essa transformação, o sistema absorve calor de um reservatório térmico, mantendo a temperatura constante.
(D) Uma transformação adiabática reversível é caracterizada pela troca de calor com o ambiente, de modo que o trabalho realizado pelo sistema depende apenas da variação da temperatura, com a entropia do sistema permanecendo constante, devido à reversibilidade do processo.
(E) Em uma transformação isovolumétrica (isocórica), o volume do gás permanece constante e o sistema realiza trabalho sobre o ambiente, enquanto a variação da energia interna é exclusivamente provocada pela troca de calor, que altera a temperatura do sistema.

Passo 1

O enunciado apresenta várias transformações de um gás ideal e pede para identificar qual alternativa está totalmente correta. Vamos usar o primeiro princípio da termodinâmica, as definições de processos isotérmico, adiabático, isocórico e livre, e o conceito de entropia para verificar cada afirmação.

Passo 2

Analisando a alternativa (A): Em um ciclo de Carnot há duas etapas isotérmicas e duas adiabáticas reversíveis. Na expansão isotérmica o gás realiza trabalho e absorve calor da fonte quente; na compressão isotérmica o gás libera calor para a fonte fria. Como o ciclo é reversível, a variação total de entropia do sistema mais reservatórios é nula, e a eficiência é
\eta = 1 - \frac{T_{\mathrm{fria}}}{T_{\mathrm{quente}}},
dependendo apenas das temperaturas das duas fontes. Logo, (A) está correta.

Passo 3

Analisando a alternativa (B): Na expansão livre não há trabalho porque \Delta V>0 mas W = \int p\,dV =0 se não houver resistência, a pressão interna cai e para um gás ideal a temperatura permanece constante (coeficiente de Joule zero). A entropia aumenta por ser irreversível, mas a afirmação de que a temperatura “pode variar” está incorreta. Portanto, (B) é falsa.

Passo 4

Analisando a alternativa (C): Num processo isotérmico de gás ideal vale \Delta U=0 e o calor recebido Q satisfaz Q=W, com
W = nRT\ln\!\bigl(V_f/V_i\bigr)\propto T,
ou seja, o trabalho é diretamente proporcional à temperatura, não inversamente. A parte sobre \Delta U=0 e absorção de calor está certa, mas a proporcionalidade é citada ao contrário. Logo, (C) é falsa.

Passo 5

Analisando a alternativa (D): Uma transformação adiabática reversível não troca calor com o ambiente ( Q=0), de modo que o trabalho executado relaciona-se à variação de temperatura, e a entropia do sistema permanece constante. Como (D) diz que há troca de calor, a definição está incorreta. Portanto, (D) é falsa.

Passo 6

Analisando a alternativa (E): Num processo isocórico ( \Delta V=0) o trabalho é
W = \int p\,dV = 0,
ou seja, o sistema não realiza trabalho. A variação de energia interna ocorre exclusivamente por calor, mas a afirmação de que há trabalho é errada. Assim, (E) é falsa.

Resposta

(A)

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