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Questão 95 (CFS 1) da EEAR 2021

CFS 1 · Física: Primeira lei da termodinâmica

– Uma amostra de um gás ideal realiza uma sequência de transformações termodinâmicas (AB, BC, CD e DA) conforme o gráfico pressão (P) em função do volume (V) a seguir.

Gráfico da pressão P versus volume V mostrando um ciclo retangular com vértices A, B, C e D no sentido horário: transformação AB horizontal para a direita, BC vertical para baixo, CD horizontal para a esquerda e DA vertical para cima.

Assinale a alternativa que indica corretamente as transformações termodinâmicas pelas quais a energia interna da amostra aumentou.

  1. A
    DA e CD
  2. B
    AB e BC
  3. C
    AB e DA
  4. D
    BC e CD
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Resolução comentada

Para um gás ideal, a energia interna depende só da temperatura: U=\frac{3}{2}nRT (gás monoatômico). Como PV=nRT, U cresce quando o produto P\cdot V cresce. Então basta comparar PV nos vértices do retângulo.

No gráfico, A está em cima à esquerda, B em cima à direita, C embaixo à direita e D embaixo à esquerda. Sejam P_1 a pressão alta, P_2 a pressão baixa, V_1 o volume menor e V_2 o volume maior.

  1. AB (pressão constante P_1, volume de V_1 para V_2): PV passa de P_1V_1 para P_1V_2, que é maior. A temperatura sobe, então U aumenta.
  2. BC (volume constante V_2, pressão cai de P_1 para P_2): PV diminui, então U diminui.
  3. CD (pressão constante P_2, volume de V_2 para V_1): PV diminui, então U diminui.
  4. DA (volume constante V_1, pressão sobe de P_2 para P_1): PV aumenta, então U aumenta.

Logo, a energia interna aumenta em AB e em DA. Confirmação: o ponto B tem o maior PV e o D o menor, e o gás passa de D a A a B subindo em temperatura.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ADA aumenta, mas CD é uma compressão isobárica com queda de temperatura, logo U diminui.
  • BAB aumenta, mas BC é um resfriamento isocórico, em que U diminui.
  • DBC e CD são as duas transformações em que a temperatura cai, então U diminui em ambas.

Assuntos: Primeira lei da termodinâmica, Gases ideais e transformações gasosas.

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Fonte: EEAR 2021 · CFS 1. Prova oficial ↗