UPF Verão 2021
Um gás perfeito ou ideal é um modelo de gás que apresenta um comportamento mais simplificado que os gases reais. Entre as propriedades desse gás, podemos citar: (a) o gás perfeito obedece à lei geral dos gases perfeitos (o seu comportamento cumpre com a relação de Clapeyron); (b) a energia interna (U) de um gás perfeito depende unicamente da temperatura absoluta.
Assim sendo, é correto afirmar:
Quando um gás ideal absorve calor durante uma transformação isotérmica, a sua energia interna aumenta.
Se um gás ideal é submetido a uma transformação isocórica, o trabalho de expansão efetuado sobre o gás faz aumentar a sua energia interna.
Quando um gás ideal é submetido a uma transformação isobárica, necessariamente, a sua energia interna deve permanecer constante.
Quando um gás ideal muda de estado através de uma transformação isotérmica, o produto pV é constante durante toda a mudança de estado.
Quando um gás ideal é submetido a uma transformação adiabática, a energia transferida na forma de calor contribui para o aumento da energia interna do gás.
Resolução
Para decidir qual alternativa está correta, precisamos lembrar dois fatos essenciais sobre o gás ideal:
- A equação de estado (Lei de Clapeyron) diz que \(pV = nRT\). Mantendo a temperatura constante (processo isotérmico), o produto \(pV\) não se altera.
- A energia interna \(U\) de um gás ideal depende somente da temperatura. Assim, se a temperatura não muda, \(\Delta U = 0\); se a temperatura muda, \(\Delta U \neq 0\).
Avaliando cada afirmativa:
- A: Em transformação isotérmica a temperatura é constante, logo \(\Delta U = 0\). A energia interna não aumenta, ainda que haja calor entrando. Falsa.
- B: Em transformação isocórica o volume não varia, portanto o trabalho \(W = 0\). Não há “trabalho de expansão” e o enunciado mistura os conceitos. Falsa.
- C: Isobárica significa pressão constante, mas temperatura (e, portanto, \(U\)) pode variar. Falsa.
- D: Isotérmica ⇒ \(T\) constante ⇒ \(pV = nRT\) constante ao longo de todo o processo. Verdadeira.
- E: Adiabática ⇒ \(Q = 0\). Não há energia transferida na forma de calor. Falsa.
Logo, a alternativa correta é D.
Dicas
Erros Comuns
Conceitos-chave
- Gás ideal: obedece à equação \(pV = nRT\).
- Energia interna \(U\): para um gás ideal depende apenas da temperatura absoluta.
- Primeira Lei da Termodinâmica: \(\Delta U = Q - W\) (convenção: \(W\) é o trabalho realizado pelo sistema).
- Processos especiais:
- Isotérmico (\(T\) constante): \(\Delta U = 0\), logo \(Q = W\).
- Isocórico (\(V\) constante): \(W = 0\), logo \(\Delta U = Q\).
- Isobárico (\(p\) constante): temperatura varia se volume variar.
- Adiabático (\(Q = 0\)): \(\Delta U = -W\).
