Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica entre dois estados de equilíbrio termodinâmico. Sejam Q a quantidade de calor cedida ou recebida pelo gás e W o trabalho realizado por ele ou sobre ele durante a expansão. Essa quantidade de calor e esse trabalho são tais que
- A)Q > 0 e W > 0.
Correta: em uma expansão isotérmica de gás ideal, ΔU = 0, então Q = W, e como o gás realiza trabalho ao expandir, ambos são positivos.
- B)Q = 0 e W > 0.
Errada: em isotermia o calor nao é zero, porque ele compensa o trabalho realizado pelo gás.
- C)Q > 0 e W = 0.
Errada: em expansão isotérmica o gás realiza trabalho, entao W nao pode ser zero.
- D)Q = 0 e W = 0.
Errada: nem o calor nem o trabalho sao nulos, pois ha expansão com troca de energia.
- E)Q = 0 e W < 0.
Errada: em expansão o trabalho realizado pelo gás nao é negativo, e o calor tambem nao é zero.
Gabarito: A
Em uma transformação isotérmica, a temperatura do gás ideal fica constante. E, para gás ideal, isso tem uma consequência bem importante: a energia interna depende só da temperatura. Então, se a temperatura nao muda, a energia interna nao muda, ou seja, ΔU = 0. Pela primeira lei da Termodinamica, temos ΔU = Q - W, usando a convenção em que W é o trabalho realizado pelo gás. Como ΔU = 0, sobra Q = W. Em outras palavras, tudo o que o gás recebe de calor vira trabalho, sem aumentar a energia interna. Agora vem o detalhe da questao: o gás sofre uma expansão. Em expansão, o gás empurra o ambiente e realiza trabalho sobre ele. Logo, W > 0. E, como Q = W, o calor tambem precisa ser positivo: Q > 0. Por isso, o gabarito é a alternativa A. É o clássico da termologia: isotérmica de gás ideal, temperatura constante, energia interna constante e calor entrando para “pagar a conta” do trabalho de expansão.