Lista UA 3_Calor e Trabalho A Primeira Lei da Termodinâmica

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Lista de exercícios (UA 03): Calor e Trabalho. A Primeira Lei da Termodinâmica. 
 Profª. Dra. Maria Elenice dos Santos 
 
(QUESTÃO 01) A Primeira Lei da Termodinâmica se ocupa daquilo que é necessário para que trabalho 
seja transformado em calor. Esta lei tem como fundamento o princípio da conservação de energia, que é um 
dos mais importantes da Física. A conservação da energia acontece sob as formas de calor e de trabalho e faz 
com que um sistema possa conservar e transferir energia, ou seja, a energia pode sofrer aumento, diminuição 
ou permanecer constante. 
 A Primeira Lei da Termodinâmica é expressa pela equação que segue: 
 
WQU  
 
Sendo ΔU a variação da energia interna, a quantidade de calor e W o trabalho realizado pelo sistema ou 
sobre o sistema. 
 Quando se aplica a Primeira Lei de Termodinâmica a um sistema, em que circunstâncias o calor é 
tomado como sendo uma grandeza positiva? 
a) Se o sistema realiza trabalho. 
b) Se um trabalho é realizado sobre o sistema. 
c) Se o sistema absorve calor. 
d) Se o sistema libera calor. 
e) Se não há trabalho realizado pelo sistema ou sobre o sistema. 
 
Resposta: Letra C 
 
Resolução: O Princípio Fundamental da Conservação da Energia, também chamado de a Primeira Lei da 
Termodinâmica trata de relacionar a variação da energia interna de um sistema com a quantidade de calor 
que este libera ou absorve mais a quantidade de trabalho que o mesmo realiza, ou que realizam sobre ele. 
Segue a equação: 
WQU  
 
 Quando se aplica a Primeira Lei de Termodinâmica a um sistema, para que o calor possa ser uma 
grandeza positiva é necessário que este sistema absorva energia na forma de calor. 
 
(QUESTÃO 02) O que se refere à Primeira Lei da Termodinâmica, dada pela equação: 
 
WQU  
 
 Existem algumas possibilidades para cada uma das grandezas físicas envolvidas: a variação de 
energia interna ∆U, a quantidade de calor Q e o trabalho W. 
Quanto ao calor (Q): 
- Se o calor trocado com o meio for maior do que zero, o sistema receberá calor. 
- Se o calor trocado com o meio for menor do que zero, o sistema perderá calor. 
- Se não houver troca de calor com o meio, ou seja, se ele for igual a zero, o sistema não receberá nem 
perderá calor. 
Quanto ao trabalho (W): 
- Se o trabalho é maior do que zero, o volume do sistema exposto ao calor será expandido. 
- Se o trabalho for menor do que zero, o volume do sistema exposto a esse calor será reduzido. 
- Se não houver trabalho, ou seja, se ele for igual a zero, o volume do sistema exposto ao calor será 
constante. 
Quanto à variação de energia interna (ΔU): 
- Caso a variação de energia interna seja maior do que zero, haverá aumento de temperatura. 
- Caso a variação de energia interna seja menor do que zero, haverá diminuição de temperatura. 
- Caso não haja variação de energia interna, ou seja, se ela for igual a zero, a temperatura é constante. 
 A partir destas afirmações, pode-se concluir que a temperatura pode ser elevada com variação de 
calor ou com variação de trabalho. Com base nos seus conhecimentos, o conceito de calor é: 
a) A transferência de energia causada por uma diferença de temperatura. 
b) O movimento molecular no interior de um objeto. 
c) A energia interna de um objeto. 
d) Uma propriedade dos objetos quentes. 
e) A temperatura absoluta de um objeto. 
 
Resposta: Letra A 
 
Resolução: Existem muitas definições para a grandeza física “Calor”, sendo que muitas delas são de 
grande complexidade. Diz-se que Calor é energia em trânsito. Este termo está diretamente ligado ao 
conceito de temperatura, que é sensorial, também podendo ser relacionada com o grau de agitação das 
espécies que compõem um sistema. De uma forma mais simples e com base em conceitos da termodinâmica, 
define-se o conceito de calor como a transferência de energia causada por uma diferença de temperatura. 
 
(QUESTÃO 03) Existem dois processos distintos que podem variar a energia interna (U) de um sistema. São 
eles: a quantidade de calor (Q) via processo térmico e, pelo trabalho (W) via processo mecânico. 
 O calor é devido ao contato entre corpos com diferentes temperaturas, havendo a transferência 
de energia térmica, até que haja o equilíbrio dessas temperaturas. Já o trabalho envolve a aplicação de forças, 
provocando deslocamentos, como no caso da força exercida em um êmbolo (este se movimenta devido à 
variação de pressão, gerada pela força). 
https://www.infoescola.com/fisica/energia-termica/
https://www.infoescola.com/fisica/pressao/
 O primeiro princípio da termodinâmica busca elucidar como estes dois processos de intervenção na 
energia interna do corpo acontecem, mediante o princípio da conservação de energia, o qual afirma que a 
energia nunca é gerada ou perdida, apenas transformada de uma forma em outra. Complete a seguinte 
afirmação: de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica: 
a) A entropia do universo está aumentando. 
b) A entropia é uma função de estado dos sistemas. 
c) O calor é uma forma de energia. 
d) A variação da energia interna de um sistema é dada por Q – W. 
e) Dois sistemas que estão em equilíbrio com um terceiro sistema estão em equilíbrio entre si. 
 
Resposta: Letra D 
 
Resolução: A Primeira Lei da Termodinâmica é o Princípio Fundamental da Conservação da energia, 
trata-se de uma das leis mais importantes e fundamentais da Termodinâmica. Tal possui duas implicações. A 
primeira delas é que: uma variação da energia interna do sistema pode ocorrer devido a absorção ou 
liberação de energia na forma de calor. A outra diz que a energia interna do sistema pode variar devido ao 
trabalho que o sistema pode realizar, ou que podem realizar sobre ele. Juntando estas duas ideias 
conceitua-se a Primeira Lei da Termodinâmica, assim: de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica a 
variação da energia interna de um sistema é dada por Q – W. 
 
(QUESTÃO 04) Nos estudos sobre termologia, vemos que em um processo adiabático não ocorre 
transferência de calor entre o meio e o sistema. Este tipo de situação é muito comum em sistemas isolados, 
como uma garrafa térmica ou um gás que se expande livremente, ou processos muito rápidos durante os 
quais não há tempo para o sistema trocar calor com o meio. Geralmente, analisamos tais processos a partir 
de um diagrama P x V, para um processo adiabático. 
 Como, nesse caso, não há a troca de calor, pois Q = 0, a Primeira Lei da Termodinâmica resume-se 
a: 
WU  
 A soma do trabalho efetuado pelo sistema com a sua energia interna é zero. Neste caso, se o volume 
do sistema aumentar, ou seja, se o trabalho for positivo, a sua energia deve diminuir, portanto, sua 
temperatura diminui. Um gás em expansão livre irá baixar sua temperatura e sua pressão. 
 Em se tratando de processos adiabáticos, qual das seguintes frases descreve corretamente um 
processo adiabático? 
a) Não há perda de energia. 
b) Não há transferência de energia na forma de calor. 
c) Não há variação de temperatura. 
d) Não há variação de volume. 
e) Não há variação de pressão. 
 
Resposta: Letra B 
Resolução: Processos adiabáticos são aqueles em que não se verificam trocas de energia na forma de 
calor, ou seja, o sistema encontra-se isolado do meio, apenas recebendo, ou cedendo, energia de vido à 
ação de um trabalho W. Com base nestes conceitos, pode-se afirmar que em um processo adiabático não há 
transferência de energia na forma de calor. 
 
(QUESTÃO 05) A transformação adiabática é aquela em que não há trocas de energia térmica entre o 
sistema e o meio exterior. Embora o gás não estabeleça trocas de energia térmica com o sistema externo, 
durante o processo a pressão, o volume, a temperatura e a energia interna do gás variam, não permanecendo 
nenhuma dessas grandezas constante. 
 Quando um gás se dilata adiabaticamente, como qualquer outra expansão, ele efetua trabalho 
externo, sendo necessária energia para efetuá-lo. Nesse processo isotérmico,o gás tem que absorver energia 
térmica de uma fonte externa para efetuar trabalho. Se, no processo adiabático não há essa troca de energia 
de uma fonte externa o próprio gás deverá realizar trabalho à custa de sua própria energia. 
 Uma expansão adiabática sempre vem acompanhada por uma diminuição da temperatura do gás, 
devido ao simples fato de que este necessita utilizar parte de sua energia interna para a realização trabalho. 
Quando o gás é comprimido adiabaticamente o trabalho é efetuado no gás por um agente externo. A energia 
do gás é aumentada numa quantidade igual à quantidade de trabalho efetuado e, dado que não é cedida 
energia térmica pelo gás para o sistema externo durante a compressão a energia interna, adquirida pelo 
trabalho realizado sobre o gás, é acumulada como forma do aumento de temperatura do gás. 
 O produto pV da pressão pelo volume de um sistema tem dimensões de: 
a) Força. 
b) Trabalho. 
c) Aceleração. 
d) Momento. 
e) Impulso. 
 
Resposta: Letra B 
 
Resolução: Geralmente, quando tratamos de sistemas compostos por gases ideias, a equação TRnVp ...  
pode ser utilizada. Com base nas relações entre as grandezas de estado pressão (p) e volume (V) constrói-
se um diagrama pV e muito se pode analisar do sistema sob estudo. 
 A figura ilustra um diagrama pV, sendo que pressão pode ser constante ou variar, assim como o 
volume do sistema. Sempre que houver uma variação do volume, implicando em uma redução ou aumento 
de volume, este fator estará associado a um trabalho realizado pelo (ou sobre) o sistema. 
 
 No gráfico mostrado tem-se que a área sob a curva representará numericamente o trabalho 
realizado pelo sistema, se o volume aumentar, ou, sobre o sistema, se o volume diminuir.