Suponha que um amigo the tenham contado sobre o seguinte evento extraordinário: um bloco de metal que pesa 500 g foi visto subindo espontaneamente da mesa em que repousava até uma altura de acima da mesa. Seu amigo declarou que o metal havia absorvido energla térmica da mesa, que fol então utilizada contra a atraçäo gravitacional para fazê-lo subir.
(a) esse processo viola a primeira lei da termodinâmica? Explique.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está falando. A parada é a seguinte: um bloco de metal de 500 g foi visto subindo sozinho até 1,00 cm acima da mesa. O amigo disse que o metal absorveu energia térmica da mesa e usou essa energia para vencer a atração gravitacional e subir. A questão é: esse processo viola a primeira lei da termodinâmica?
Vamos precisar dos conceitos de energia térmica, energia potencial gravitacional e, claro, da primeira lei da termodinâmica, que fala sobre conservação de energia.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que é a primeira lei da termodinâmica. Basicamente, ela diz que a energia não se cria nem se destrói, só se transforma. A equação básica é:
Onde:
  • é a variação da energia interna do sistema,
  • é o calor adicionado ao sistema,
  • é o trabalho realizado pelo sistema.

Passo 3

No caso do bloco de metal, ele está subindo, o que significa que ele está ganhando energia potencial gravitacional. A energia potencial ( ) é dada por:
Onde:
  • é a massa do bloco,
  • é a aceleração da gravidade,
  • �� a altura que o bloco sobe.
Vamos calcular essa energia para entender quanto foi necessário para o bloco subir.

Passo 4

Dados:
  • Massa ( ) = 500 g = 0,5 kg
  • Altura ( ) = 1,00 cm = 0,01 m
  • Gravidade ( ) = 9,8 m/s²
Calculando a energia potencial gravitacional:
Então, o bloco ganhou 0,049 Joules de energia.

Passo 5

Segundo o amigo, o bloco absorveu energia térmica da mesa para subir. Isso significa que houve uma transferência de calor ( ) que foi convertida em trabalho ( ) para elevar o bloco.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica:
Aqui, é a energia que o bloco ganhou ao subir, que já calculamos como 0,049 J.
Então, podemos dizer que o calor absorvido foi usado para realizar esse trabalho de subir.

Passo 6

Agora, precisamos ver se isso viola a primeira lei. Se toda a energia térmica absorvida foi convertida em energia potencial sem nenhuma outra perda, então a primeira lei não é violada.
Porém, na prática, nem toda a energia térmica se transforma em trabalho útil; geralmente há perdas, como dissipação de calor. Mas o exerc��cio não menciona essas perdas, então, assumindo uma conversão perfeita, a primeira lei não estaria sendo violada.

Resposta

Não, esse processo não viola a primeira lei da termodinâmica, pois a energia térmica absorvida foi convertida em energia potencial do bloco, respeitando a conservação de energia.

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