A termodinâmica no vestibular costuma aparecer em situações do cotidiano e da tecnologia, exigindo mais do que memorização de fórmulas. É essencial interpretar trocas de calor, trabalho realizado por gases, rendimento de máquinas térmicas e as leis da termodinâmica, relacionando gráficos, tabelas e transformações gasosas com conceitos como energia interna, equilíbrio térmico e irreversibilidade.
Em questões difíceis, o desafio geralmente está em identificar corretamente o sistema, o ambiente e os sinais das grandezas físicas envolvidas. Por isso, vale lembrar convenções usuais: calor recebido pelo sistema é positivo, trabalho realizado pelo sistema também é positivo, e a Primeira Lei pode ser escrita como delta U = Q – tau. Além disso, a Segunda Lei ajuda a compreender por que nem toda energia térmica pode ser integralmente convertida em trabalho útil.
Questões de termodinâmica vestibular
Questão 01
Gabarito: alternativa B). Correto. Pela Primeira Lei, delta U = Q – tau = 600 – 250 = 350 J.
Questão 02
Gabarito: alternativa D). Correto. Em processo isobárico, tau = p.delta V = 4,0 x 105 . 3,0 = 1,2 x 106 J.
Comentários por alternativa:
- A) Erro de potência de dez no produto entre pressão e variação de volume.
- B) Valor muito baixo; parece usar apenas parte da variação de volume.
- C) Mistura números do enunciado sem aplicar corretamente a expressão do trabalho.
- D) Correto. Em processo isobárico, tau = p.delta V = 4,0 x 105 . 3,0 = 1,2 x 106 J.
- E) Resultado incompatível com delta V = 3,0 m3 sob essa pressão.
Questão 03
Gabarito: alternativa A). Correto. Para gás ideal em isotérmica, delta U = 0, então Q = tau.
Comentários por alternativa:
- A) Correto. Para gás ideal em isotérmica, delta U = 0, então Q = tau.
- B) Não há fundamento para dividir o calor por dois nessa situação.
- C) Se o gás expandiu recebendo calor, houve trabalho; não pode ser nulo.
- D) Sinal incorreto: na expansão, o gás realiza trabalho positivo.
- E) Dobrar o calor não corresponde à Primeira Lei nessa transformação.
Questão 04
Gabarito: alternativa E). Correto. Para Carnot, eta_max = 1 – Tf/Tq = 1 – 300/500 = 0,40.
Comentários por alternativa:
- A) Subestima o valor; a razão correta entre temperaturas leva a 40%.
- B) Rendimento alto demais para essas temperaturas; violaria o limite de Carnot.
- C) Corresponderia a uma fonte fria menor que a indicada.
- D) Valor incompatível com 1 – 300/500.
- E) Correto. Para Carnot, eta_max = 1 – Tf/Tq = 1 – 300/500 = 0,40.
Questão 05
Gabarito: alternativa C). Correto. Para a geladeira, Q_quente = Q_frio + tau, então tau = 300 – 240 = 60 J.
Comentários por alternativa:
- A) Esse é o calor rejeitado ao ambiente externo.
- B) Esse é o calor retirado do interior, não o trabalho do compressor.
- C) Correto. Para a geladeira, Q_quente = Q_frio + tau, então tau = 300 – 240 = 60 J.
- D) Somar os calores não corresponde ao balanço energético do ciclo.
- E) O compressor consome energia; o trabalho não pode ser negativo nesse contexto.
Questão 06
Gabarito: alternativa B). Correto. Mesmo sem calor e sem expansão, energia elétrica pode aumentar a energia interna do gás.
Comentários por alternativa:
- A) Ignora a energia elétrica dissipada no resistor dentro do sistema.
- B) Correto. Mesmo sem calor e sem expansão, energia elétrica pode aumentar a energia interna do gás.
- C) Volume constante não garante temperatura constante quando há fornecimento de energia.
- D) A Primeira Lei continua válida em qualquer processo termodinâmico.
- E) Sem variação de volume, não há trabalho de expansão do gás.
Questão 07
Gabarito: alternativa E). Correto. Igualando calores: 0,5.400.(200-T) = 1.4200.(T-20), resulta T ≈ 28 °C.
Comentários por alternativa:
- A) Fica abaixo do valor obtido pelo balanço térmico correto.
- B) Impossível; o equilíbrio deve ficar entre 20 °C e 200 °C, mais próximo da água.
- C) Superestima o aquecimento da água; o metal tem capacidade térmica bem menor.
- D) Temperatura alta demais para a pequena massa e calor específico do metal.
- E) Correto. Igualando calores: 0,5.400.(200-T) = 1.4200.(T-20), resulta T ≈ 28 °C.
Questão 08
Gabarito: alternativa A). Correto. Pelo gás ideal, T proporcional a pV. A: pV; B: p.2V = 2pV; C: (p/2).2V = pV.
Comentários por alternativa:
- A) Correto. Pelo gás ideal, T proporcional a pV. A: pV; B: p.2V = 2pV; C: (p/2).2V = pV.
- B) Em B, o produto pV dobra; portanto a temperatura aumenta.
- C) Em expansão isobárica com volume dobrado, a temperatura não permanece constante.
- D) Em C, o produto pV volta ao valor inicial, não permanece dobrado.
- E) Em C, a temperatura é metade de B, não um quarto.
Questão 09
Gabarito: alternativa D). Correto. O trabalho é 2000 – 1400 = 600 J; rendimento = 600/2000 = 30%.
Comentários por alternativa:
- A) Corresponderia a trabalho de 400 J, diferente do balanço correto.
- B) Muito alto para os dados fornecidos; não bate com o trabalho útil.
- C) Superestima o rendimento; exigiria rejeição menor de calor.
- D) Correto. O trabalho é 2000 – 1400 = 600 J; rendimento = 600/2000 = 30%.
- E) Rendimento acima de 100% é fisicamente impossível para máquina térmica.
Questão 10
Gabarito: alternativa C). Correto. A máquina de Carnot estabelece o rendimento máximo teórico entre duas temperaturas dadas.
Comentários por alternativa:
- A) Isso violaria o enunciado de Kelvin-Planck da Segunda Lei.
- B) Esse fluxo espontâneo contraria o enunciado de Clausius.
- C) Correto. A máquina de Carnot estabelece o rendimento máximo teórico entre duas temperaturas dadas.
- D) Mesmo sem atrito, processos reais podem ser irreversíveis por gradientes finitos.
- E) Em sistema isolado, a entropia não diminui espontaneamente; tende a aumentar ou permanecer constante.
Comentários por alternativa: