Questão de Engenharia Mecânica · FGV TRF1 2024 (nº 57)

Conceito-chave: A Primeira Lei da Termodinâmica diz que o calor ($Q$) recebido por um gás é usado de duas formas: para variar sua energia interna ($\Delta U$, que está ligada à temperatura) e para realizar trabalho ($W$, que está ligado à variação de volume). A fórmula é $Q = \Delta U + W$. Como a pressão é constante, o trabalho é calculado por $W = P \cdot \Delta V$ (pressão vezes a variação de volume).

• (A) Incorreta: 2000 J seria o resultado se você subtraísse o calor do trabalho ($5000 - 3000$), mas isso é justamente o valor do trabalho, não da variação de energia interna. A pegadinha aqui é inverter os termos da equação.
• (B) Correta: Primeiro, calcule o trabalho: $W = P \cdot \Delta V = 100 \cdot (20 - 10) = 1000 \, \text{J}$. Depois, use a Primeira Lei: $\Delta U = Q - W = 5000 - 1000 = 4000 \, \text{J}$. A temperatura aumentou, então a energia interna aumentou, e o valor bate com o gabarito.
• (C) Incorreta: 5000 J é o valor do calor adicionado, mas ignora que parte dessa energia foi gasta no trabalho de expansão do gás (o volume aumentou de 10 para 20 m³). A armadilha aqui é achar que todo o calor vira energia interna, o que só valeria se o volume não mudasse.
• (D) Incorreta: 7500 J seria a soma do calor com o trabalho ($5000 + 2500$), mas não faz sentido físico somar as duas parcelas, pois o trabalho é uma saída de energia do gás, não uma entrada.
• (E) Incorreta: 8000 J é um valor aleatório que não corresponde a nenhuma operação correta com os dados (seria $5000 + 3000$, mas o trabalho correto é 1000 J, não 3000 J). A banca coloca esse valor para testar se você calculou o trabalho errado (usando$\Delta T$em vez de$\Delta V$).