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Questão FC784474

Diante dessa argumentação, qual alternativa apresenta a explicação fisicamente correta que o professor deve fornecer?

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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?

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
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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.

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