Questão de Física · FCC SEDU-ES 2022 (nº 50)

A Primeira Lei da Termodinâmica é o princípio da conservação de energia para sistemas termodinâmicos, afirmando que a variação da energia interna ($\Delta U$) de um sistema é igual ao calor (Q) que ele recebe menos o trabalho (W) que ele realiza: $\Delta U = Q - W$.

(A) Correta: Em uma transformação isométrica (ou isocórica), o volume do gás permanece constante ($\Delta V = 0$). Como o trabalho (W) realizado por um gás é $P \Delta V$, se $\Delta V = 0$, então $W = 0$. Substituindo na Primeira Lei, temos $\Delta U = Q - 0$, ou seja, $\Delta U = Q$.

(B) Incorreta: Em uma transformação isobárica (pressão constante) com expansão ($\Delta V > 0$), o gás realiza trabalho positivo ($W > 0$). A afirmação de que $\Delta U < 0$ (diminuição da energia interna e, consequentemente, da temperatura) não é uma condição geral para uma expansão isobárica; na maioria dos casos, uma expansão isobárica ocorre com aquecimento, resultando em $\Delta U > 0$. Se $\Delta U > 0$ e $W > 0$, então $Q = \Delta U + W$ implica que $Q > W$. A "pegadinha" aqui é assumir que $\Delta U < 0$ é uma característica da expansão isobárica, o que não é verdade para o caso mais comum de aquecimento e expansão.

(C) Incorreta: Em uma transformação isotérmica, a temperatura do gás permanece constante ($\Delta T = 0$). Para um gás ideal, a energia interna depende apenas da temperatura, então $\Delta U = 0$. Pela Primeira Lei, $0 = Q - W$, o que implica $Q = W$. A alternativa afirma $Q > W$ e $\Delta U < 0$, o que contradiz ambos os princípios.

(D) Incorreta: Em uma transformação adiabática, não há troca de calor com o meio externo, então $Q = 0$. Pela Primeira Lei, $\Delta U = 0 - W$, ou seja, $\Delta U = -W$. A alternativa afirma $\Delta U = Q$, o que implicaria $\Delta U = 0$ se $Q=0$, o que só seria verdade se $W=0$ também.

(E) Incorreta: Em uma transformação cíclica, o sistema retorna ao seu estado inicial (mesmas propriedades como pressão, volume e temperatura). Portanto, a variação total da energia interna ao longo de um ciclo completo é zero ($\Delta U_{ciclo} = 0$). Pela Primeira Lei, $0 = Q_{ciclo} - W_{ciclo}$, o que implica $Q_{ciclo} = W_{ciclo}$. A alternativa afirma $\Delta U > 0$ e $Q > W$, o que é incorreto para um ciclo completo.