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Considere que você é professor de Física do IFCE e acompanha uma turma de Engenharia du...
Considere que você é professor de Física do IFCE e acompanha uma turma de Engenharia durante um experimento de Termodinâmica. O sistema consiste em um recipiente rígido e termicamente isolado, contendo 𝐧 mols de um gás ideal monoatômico. No interior do recipiente, há uma resistência elétrica ligada a uma fonte externa. Durante o experimento, uma corrente elétrica percorre a resistência por determinado intervalo de tempo.
Observa-se que:
• o volume do gás permanece constante;
• não há troca de calor com o meio externo (paredes adiabáticas);
• a temperatura e a pressão do gás aumentam.
Alguns estudantes afirmam que o aumento da energia interna viola a forma usual da Primeira Lei da Termodinâmica, pois, segundo eles, como o volume não varia e o sistema é adiabático, teríamos simultaneamente 𝐖 = 𝟎 e 𝐐 = 𝟎, implicando 𝚫𝐔 = 𝟎.
Diante dessa argumentação, qual alternativa apresenta a explicação fisicamente correta que o professor deve fornecer?
A
A análise dos estudantes está correta, pois a Primeira Lei da Termodinâmica implica necessariamente que, em processos adiabáticos e isocóricos, a energia interna permanece constante.
B
A Primeira Lei somente é válida quando há deslocamento das fronteiras do sistema; como o recipiente é rígido, deve-se utilizar exclusivamente a equação de estado dos gases ideais para explicar o fenômeno.
C
O aumento da temperatura ocorre porque a resistência elétrica gera calor internamente, mas esse calor não constitui transferência de energia, tratando-se apenas de reorganização microscópica da energia já existente no gás.
D
Como o sistema é isolado termicamente, a energia fornecida pela fonte elétrica deve ser classificada como calor, o que implica contradição com a hipótese adiabática.
E
O aumento da energia interna decorre do trabalho elétrico realizado sobre o sistema. Embora o trabalho de fronteira seja nulo (δWpV = 0), existe trabalho não mecânico sendo realizado, e a Primeira Lei deve ser escrita na forma geral, contemplando todas as formas de trabalho.