Sob as bases da primeira lei da termodinâmica, analise o caso de um gás confinado e isolado do meio, em um recipiente hermeticamente fechado. Assinale a alternativa correta a respeito do comportamento do gás.
A. O gás realiza trabalho ao se contrair.
B. O gás realiza trabalho ao se expandir.
C. O gás realiza trabalho apenas ao se expandir adiabaticamente.
D. O gás realiza trabalho apenas ao se expandir isobaricamente.
E. O gás realiza trabalho apenas ao se expandir isotermicamente.
5. A energia interna de um sistema compõe-se da soma das energias cinética e potencial relacionadas ao movimento das espécies que compõem tal sistema. Sob as bases da primeira lei da termodinâmica, a energia interna pode mudar em função da variação das grandezas físicas calor e trabalho.
Considerando um sistema de um gás confinado e isolado do meio, o aumento de energia interna durante qualquer processo relativo ao gás será:

Passo 1

O enunciado descreve um gás confinado num recipiente hermeticamente fechado e isolado do meio, ou seja, não há troca de calor nem de massa com o exterior. Pelo enunciado, o processo é adiabático e segue a primeira lei da termodinâmica, que diz:
\Delta U = Q - W.

Passo 2

Como o sistema é isolado termicamente, temos Q=0. Logo,
\Delta U = -W.

Passo 3

O trabalho realizado pelo gás é
W = \int P_{\text{ext}}\,dV,
que só é positivo se \Delta V>0 (expansão). Em compressão \Delta V<0, o gás recebe trabalho e W é negativo. Portanto, o gás realiza trabalho apenas ao se expandir — e, como o processo é adiabático, isso só ocorre em expansão adiabática. A alternativa correta é a C.

Passo 4

Concluímos também que, em qualquer processo desse gás isolado,
\Delta U = -W,
isto é, o aumento de energia interna é igual ao trabalho recebido pelo gás (negativo do trabalho por ele realizado).

Resposta

C \Delta U = -W

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