Transformação adiabática no ENEM PPL 2020
Tanto a conservação de materiais biológicos como o resfriamento de certos fotodetectores exigem baixas temperaturas que não são facilmente atingidas por refrigeradores. Uma prática comum para atingi-las é o uso de nitrogênio líquido, obtido pela expansão adiabática do gás N2, contido em um recipiente acoplado a um êmbolo, que resulta no resfriamento em temperaturas que chegam até seu ponto de liquefação em −196 °C. A figura exibe o esboço de curvas de pressão em função do volume ocupado por uma quantidade de gás para os processos isotérmico e adiabático. As diferenças entre esses processos podem ser identificadas com base na primeira lei da termodinâmica, que associa a variação de energia interna à diferença entre o calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo.
A expansão adiabática viabiliza o resfriamento do N2 porque
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Gabarito: E
A primeira lei da termodinâmica define , onde é a variação da energia interna, o calor trocado e o trabalho realizado pelo gás. No processo adiabático, não há troca de calor, logo . A equação torna-se .
Na expansão, o volume aumenta e o gás realiza trabalho (). Consequentemente, , o que significa que a energia interna e a temperatura do gás diminuem. A queda de temperatura é resultado direto do trabalho realizado, já que a energia interna é consumida para realizar esse trabalho.
O trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente. A alternativa correta é a E.