Questão de Recursos Energéticos · FGV EPE 2024 (nº 67)

Conceito-chave: A Primeira Lei da Termodinâmica ($\Delta U = Q - W$) é um balanço de energia: ela diz que a variação da energia interna ($\Delta U$) é o que sobra do calor trocado ($Q$) após descontar o trabalho realizado ($W$). Ela não exige que a energia interna seja proporcional à temperatura (isso é uma propriedade de gás ideal, não uma lei geral), nem que processos sem calor sejam reversíveis (isso é outra definição), e o sinal do trabalho depende da convenção de expansão/compressão.

(A) Incorreta: A variação de energia interna não é sempre proporcional à variação de temperatura; isso só vale para gás ideal (onde $U = \frac{3}{2}nRT$), mas em sólidos, líquidos ou mudanças de fase, a energia interna pode variar sem mudar a temperatura (ex.: fusão do gelo).

(B) Incorreta: Processos sem troca de calor (adiabáticos) não são necessariamente reversíveis; eles podem ser irreversíveis (ex.: expansão adiabática livre de um gás no vácuo), pois reversibilidade exige também equilíbrio mecânico e ausência de dissipação.

(C) Correta: Pela convenção da termodinâmica, o trabalho realizado pelo gás é positivo quando o gás expande (volume aumenta, $W = P\Delta V > 0$), pois o sistema transfere energia para a vizinhança.

(D) Incorreta: A afirmativa I é falsa (como explicado em A), então a combinação I e III não pode ser correta.

(E) Incorreta: As afirmativas I e II são falsas (como explicado em A e B), então a combinação I, II e III não pode ser correta.

Armadilha da banca (no distrator D): A letra D é a mais tentadora porque mistura uma verdade (III) com uma meia-verdade (I). O aluno que decora "energia interna = temperatura" para gás ideal assume que isso vale para todo sistema, mas a banca testa exatamente essa generalização indevida: a Primeira Lei não impõe essa proporcionalidade, ela é uma consequência do modelo de gás ideal, não uma lei universal.