UFRJ- Física 2 – P2 2019.2
Pretende-se submeter uma certa quantidade de um gás ideal aos seguintes processos:
I - Um processo adiabático reversível onde a energia interna do gás permaneça constante.
II - Uma diminuição de volume a pressão constante, onde a temperatura aumente.
III - Um processo onde todo o calor recebido pelo gás se converta em trabalho.
IV - Um processo onde todo o calor fornecido se converta em energia interna do gás.
Os seguintes processos são impossíveis, de acordo com as leis da termodinâmica:
(a) Somente I e II
(b) Somente I, II e III
(c) Somente II e III
(d) Somente I, II e IV
Passo 1
Vamos analisar cada alternativa, beleza?
I - Um processo adiabático reversível onde a energia interna do gás permaneça constante.
Se o processo é adiabático, então não há trocas de calor
Pela primeira lei da termodinâmica, temos
Como o processo é adiabático:
Opa! Se a energia interna fosse constante, deveríamos ter encontrado . Mas como não foi isso, temos que essa alternativa está errada!
Passo 2
II - Uma diminuição de volume a pressão constante, onde a temperatura aumente.
Esse processo é feito com um gás ideal, então a relação é válida:
Se a pressão é mantida constante:
Hum... então, se houve uma diminuição de volume, , então para a igualdade acima ser mantida, temos que . Logo, obrigatoriamente, a temperatura diminui.
Então, essa é falsa.
Passo 3
III - Um processo onde todo o calor recebido pelo gás se converta em trabalho.
Opa... a segunda lei da termodinâmica nos diz que não é possível construir uma máquina térmica que transforme integralmente o calor em trabalho. Então essa alternativa está errada. De fato, esse processo é impossível.
Passo 4
IV - Um processo onde todo o calor fornecido se converta em energia interna do gás.
Para o calor ser convertido todo em energia interna, basta que o trabalho nesse processo seja igual a zero. Podemos observar isso através da primeira lei.
Pronto! Assim fica claro que o processo da afirmação IV é possível!
Logo, somente as afirmações I, II e III são impossíveis!
Resposta
Letra b)