Enem 2020 - 3ª Aplicação - Questão resolvida #07

(Enem 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

a) a entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura. b) a saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura. c) a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema. d) a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema. e) o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

Segundo a primeira Lei da Termodinâmica, a variação de energia interna de um sistema, $\Delta U$, se relaciona com o calor trocado, $Q$, e com o trabalho realizado pelo sistema, $W$, da seguinte forma:

\begin{equation} \Delta U = Q - W \text{,} \end{equation}

mas, em processos adiabáticos não há troca de calor, $Q=0$, ou seja:

\begin{equation} \Delta U = - W \text{.} \end{equation}

Como não há troca de calor (entrada ou saída), podemos descartar as alternativas a) e b).

A Equação (2) mostra explicitamente que a variação da energia interna não é nula, mas sim igual ao negativo do trabalho. Podemos, com isso, eliminar as alternativas c) e d).

Por fim, a alternativa e) é a que traduz exatamente a Equação (2).

Resposta: e.

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