É possível fornecer calor a gás e, apesar disso, sua temperatura diminuir?

Passo 1

Vamos entender a questão: estamos perguntando se é possível fornecer calor a um gás e, mesmo assim, sua temperatura diminuir. Para resolver isso, vamos precisar falar sobre Termodinâmica, especificamente sobre a primeira lei da termodinâmica, que relaciona calor, trabalho e energia interna. Também vamos precisar entender como o trabalho realizado pelo gás pode influenciar sua temperatura.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar a primeira lei da termodinâmica, que é basicamente a conservação da energia aplicada a sistemas termodinâmicos. Ela é expressa pela fórmula:
De
Aqui, De é a variação da energia interna do sistema, Q é o calor fornecido ao sistema e W é o trabalho realizado pelo sistema.

Passo 3

Quando fornecemos calor ao gás ( Q > 0), normalmente esperamos que a energia interna ( U) aumente, o que geralmente leva a um aumento na temperatura. Mas, se o gás realiza trabalho ( W > 0) de forma significativa, isso pode reduzir a energia interna, mesmo com o calor sendo fornecido.

Passo 4

Vamos ver isso matematicamente. Suponha que fornecemos um calor Q ao gás, e ele realiza um trabalho W. A mudança na energia interna será:
De
Se W for maior que Q, então De será negativo, o que significa que a energia interna diminui. Como a temperatura está diretamente relacionada com a energia interna, isso implica que a temperatura do gás também diminui.

Passo 5

Um exemplo clássico disso é a expansão adiabática de um gás, onde ele se expande fazendo trabalho sem troca de calor com o ambiente ( Q = 0). Nesse caso, toda a energia interna é usada para realizar o trabalho, o que resulta em uma diminuição da temperatura. Agora, mesmo que Q seja positivo, se o trabalho realizado for suficientemente grande, ainda podemos ter De.

Resposta

Sim, é possível fornecer calor a um gás e, mesmo assim, sua temperatura diminuir, desde que o trabalho realizado pelo gás seja maior que o calor fornecido.

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