Questão FC784474
Diante dessa argumentação, qual alternativa apresenta a explicação fisicamente correta que o professor deve fornecer?
Sem classificação
Instituto AOCP · 2026
Considere que você é professor de Física do IFCE e acompanha uma turma de Engenharia durante um experimento de Termodinâmica. O sistema consiste em um recipiente rígido e termicamente isolado, contendo \(n\) mols de um gás ideal monoatômico. No interior do recipiente, há uma resistência elétrica ligada a uma fonte externa. Durante o experimento, uma corrente elétrica percorre a resistência por determinado intervalo de tempo.
Observa-se que:
- o volume do gás permanece constante;
- não há troca de calor com o meio externo (paredes adiabáticas);
- a temperatura e a pressão do gás aumentam.
Alguns estudantes afirmam que o aumento da energia interna viola a forma usual da Primeira Lei da Termodinâmica, pois, segundo eles, como o volume não varia e o sistema é adiabático, teríamos simultaneamente \(W = 0\) e \(Q = 0\), implicando \(\Delta U = 0\).
Diante dessa argumentação, qual alternativa apresenta a explicação fisicamente correta que o professor deve fornecer?
- A análise dos estudantes está correta, pois a Primeira Lei da Termodinâmica implica necessariamente que, em processos adiabáticos e isocóricos, a energia interna permanece constante.
- A Primeira Lei somente é válida quando há deslocamento das fronteiras do sistema; como o recipiente é rígido, deve-se utilizar exclusivamente a equação de estado dos gases ideais para explicar o fenômeno.
- O aumento da temperatura ocorre porque a resistência elétrica gera calor internamente, mas esse calor não constitui transferência de energia, tratando-se apenas de reorganização microscópica da energia já existente no gás.
- Como o sistema é isolado termicamente, a energia fornecida pela fonte elétrica deve ser classificada como calor, o que implica contradição com a hipótese adiabática.
- O aumento da energia interna decorre do trabalho elétrico realizado sobre o sistema. Embora o trabalho de fronteira seja nulo (\(\delta W_{pV} = 0\)), existe trabalho não mecânico sendo realizado, e a Primeira Lei deve ser escrita na forma geral, contemplando todas as formas de trabalho.
Mostrar resposta e comentário
Gabarito
Errado
Comentário do professor
O aumento da energia interna resulta do trabalho elétrico realizado sobre o sistema. A forma geral da Lei da Primeira é \( \Delta U = Q + \sum W_i \), contemplando todas as formas de trabalho, não apenas o pV.
No experimento o recipiente é adiabático e rígido, logo \(Q=0\) e o trabalho de fronteira é nulo (\(\delta W_{pV}=0\)). Isso, porém, não implica \(\Delta U=0\) se houver outras contribuições de trabalho.
Os campos elétricos fazem trabalho sobre as cargas na resistência; essas cargas transferem energia às moléculas do gás por colisões, aumentando a energia cinética molecular, a temperatura e a pressão. Assim \( \Delta U = W_{el} \) e a conservação de energia é respeitada quando se inclui o trabalho não mecânico.
Conteúdo do catálogo FC Concursos · Atualizado em