Em uma oficina didática, um cilindro com pistão contém ar. O pistão é empurrado lentamente para dentro…

Questão

Em uma oficina didática, um cilindro com pistão contém ar. O pistão é empurrado lentamente para dentro, comprimindo o ar. Durante a compressão, o sistema perde 120 J de calor para o ambiente e recebe 200 J de trabalho do agente externo que empurra o pistão. a) Explique, com base na Primeira Lei da Termodinâmica, por que a energia interna do ar varia nesse processo. b) Determine a variação da energia interna do ar, adotando a convenção em que Q é o calor recebido pelo sistema e W é o trabalho recebido pelo sistema. c) Interprete o sinal obtido para a variação de energia interna, relacionando-o ao estado final do ar.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Pela Primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna de um sistema é dada por ?U = Q + W, quando se adota a convenção em que Q é positivo se o sistema recebe calor e W é positivo se o sistema recebe trabalho. No processo descrito, o ar perde 120 J de calor para o ambiente, então Q = -120 J. Ao mesmo tempo, ele recebe 200 J de trabalho do agente externo, então W = +200 J. Substituindo na expressão: ?U = -120 + 200 = +80 J. Logo, a energia interna do ar aumenta em 80 J. Isso significa que, apesar de o sistema ter perdido calor, o trabalho realizado sobre ele foi maior que a energia térmica cedida ao ambiente. Como a energia interna está relacionada ao estado microscópico do gás, esse aumento indica que, ao final da compressão, o ar fica em um estado de maior agitação média das partículas, o que pode se refletir em aumento de temperatura.

Explicação

A resposta está correta porque aplica a Primeira Lei com a convenção de sinais indicada no enunciado, identifica corretamente calor perdido e trabalho recebido, e calcula ?U como positivo.

Raio-X da questão

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