A variação da energia interna da substância de trabalho é nula no ciclo de Carnot.
Escolha uma opção:
\bigcirc Verdadeiro
\bigcirc Falso

Passo 1

O enunciado pergunta se a variação da energia interna da substância de trabalho é nula no ciclo de Carnot.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: a frase fala da “variação da energia interna” da “substância de trabalho” durante um “ciclo de Carnot”. O enunciado pede uma escolha entre Verdadeiro ou Falso.

Passo 2

Apresento a lei primeira da termodinâmica (fórmula que costuma ser usada aqui):
\Delta U = Q - W
Explique o que cada símbolo significa, para ninguém se perder:
  • \Delta U é a variação da energia interna do sistema (diferença entre energia interna final e inicial).
  • Q é o calor trocado com o sistema (positivo quando entra no sistema).
  • W é o trabalho realizado pelo sistema (positivo quando o sistema realiza trabalho sobre o ambiente).
    Unidade comum: joules ( \mathrm{J}). Essa fórmula é universal (vale para processos reversíveis ou irreversíveis, ciclos ou não), desde que estejamos falando do balanço energético do sistema.

Passo 3

Conceito crucial: energia interna é uma função de estado.
Isso quer dizer que \Delta U depende apenas do estado inicial e do estado final do sistema, não do caminho que o sistema percorre entre esses estados. Exemplos de “função de estado” são energia interna, temperatura, pressão, volume (cada qual dependendo do sistema). Consequência prática importante: se um processo começa e termina no mesmo estado termodinâmico, a variação da energia interna é nula:
\Delta U_{\text{ciclo}} = 0
porque o estado final = estado inicial.

Passo 4

Aplicando ao caso de um ciclo: por definição, um ciclo termodinâmico leva o sistema de volta ao mesmo estado inicial. Logo, para qualquer ciclo (não só o de Carnot),
\Delta U_{\text{ciclo}} = 0.
Se quiser ver a relação com a primeira lei, integrando em um ciclo fechado:
\oint dU = 0 \quad\Rightarrow\quad 0 = Q_{\text{líquido}} - W_{\text{líquido}},íí
ou seja, o calor líquido recebido no ciclo é igual ao trabalho líquido realizado pelo ciclo.

Passo 5

Especificamente para o ciclo de Carnot: o ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico fechado (composto por duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas reversíveis) que retorna o sistema ao estado inicial. Pelo raciocínio do passo anterior (energia interna é função de estado), a variação da energia interna ao final do ciclo é nula. Observação: para substâncias ideais (gás perfeito) isso ainda é óbvio porque \;U=U(T)\; e a temperatura volta ao valor inicial; mas a propriedade vale independentemente de ser gás ideal, pois decorre de ser função de estado.

Passo 6

Resumo prático para a prova (dica rápida): responda “Verdadeiro” e justifique em uma linha se pedirem justificativa curta: “Porque energia interna é função de estado e, em um ciclo termodinâmico (como o de Carnot), o sistema retorna ao estado inicial, então \Delta U=0.”

Resposta

Verdadeiro

Exercícios relacionados