1. (UECE) Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, o balanço de energia de um dado sistema é dado em termos de três grandezas:
    a) a pressão, volume e temperatura.
    b) calor, energia interna e volume.
    c) trabalho, calor e energia interna.
    d) trabalho, calor e densidade.

Passo 1

O enunciado pede que se escolha, dentre as alternativas dadas, quais são as três grandezas que aparecem no balanço de energia segundo a primeira lei da termodinâmica. As alternativas são:
  • (a) pressão, volume e temperatura.
  • (b) calor, energia interna e volume.
  • (c) trabalho, calor e energia interna.
  • (d) trabalho, calor e densidade.

Passo 2

Escrever a forma matemática mais usada da primeira lei, para um sistema fechado (sem variação de massa):
\Delta U = Q - W.
Explanação das notações:
  • \Delta U é a variação da energia interna do sistema (unidade: joule, J). Representa a energia armazenada microscopicamente (energia cinética e potencial das moléculas, modos vibracionais, etc.).
  • Q é o calor trocado com o ambiente (positivo quando entra no sistema).
  • W é o trabalho realizado pelo sistema sobre o entorno (positivo quando o sistema realiza trabalho).

Passo 3

Explicar por que essas três são as grandezas fundamentais no balanço:
  • A primeira lei é um balanço de energia: a energia interna do sistema muda porque foi recebida por calor e/ou porque saiu como trabalho. Por isso os termos envolvidos são exatamente Q, W e \Delta U.
  • A pressão P e o volume V não aparecem isolados na forma geral da primeira lei; eles aparecem dentro do termo trabalho quando o trabalho é do tipo pressão–volume. Nesse caso o trabalho vale
W=\int P\,\mathrm{d}V,
ou, em processo simples e quase-estático de V_i a V_f, W=\int_{V_i}^{V_f}P\,\mathrm{d}V. Logo P e V servem para calcular W, mas não substituem W nem são os três termos do balanço.

Passo 4

Analisar as alternativas para eliminar as incorretas:
  • (a) pressão, volume e temperatura: são variáveis de estado importantes, mas não são os três termos do balanço de energia. Errado.
  • (b) calor, energia interna e volume: aqui falta o trabalho W (ou seja, trocaram W por V). Errado, pois V sozinho não representa o trabalho.
  • (d) trabalho, calor e densidade: a densidade não faz parte da declaração fundamental da primeira lei; portanto errado.
  • (c) trabalho, calor e energia interna: são exatamente os três termos que aparecem na relação \Delta U = Q - W. Correto.

Passo 5

Dar um exemplo prático para fixar (didático e simples):
  • Processo a volume constante ( \mathrm{d}V=0): então W=\int P\,\mathrm{d}V=0. A primeira lei fica \Delta U = Q. Ou seja, todo calor trocado muda a energia interna — isso mostra claramente por que o termo trabalho é distinto do volume.
  • Processo à pressão constante: o trabalho não é zero e deve ser calculado por W = P\Delta V. A primeira lei continua sendo \Delta U = Q - W.

Resposta

(c) trabalho, calor e energia interna.

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