ENADE 2021 — Questão 20 · Física

Os diagramas de pressão-volume são utilizados para descrever processos termodinâmicos de máquinas, permitindo calcular o trabalho realizado por um sistema, ou sobre ele.

Na Figura I, a seguir, está representado um cilindro com um pistão contendo um gás ideal isolado termicamente do ambiente. Esse pistão, de peso desprezível e sem atrito com o cilindro, pressiona o gás com a soma da pressão de uma força externa F e da pressão atmosférica Patm. A Figura I apresenta, também, a transição quase-estacionária do estado inicial (Pi,Vi ) até o estado final (Pf,Vf) , no qual a força F é nula.

A partir do estado inicial, existem formas diferentes de atingir-se o estado final. Por exemplo, se a força F for anulada instantaneamente, o gás irá expandir livremente em um processo irreversível, até atingir Vf, como mostrado na Figura II(a). Para atingir o mesmo volume final, a força F pode também ser reduzida instantaneamente em duas etapas: pela metade e, após o equilíbrio termodinâmico, reduzida a zero, com o resultado apresentado no diagrama da Figura II(b).

FIGURA II

Com base nos processos apresentados, avalie as afirmações a seguir.

I. O trabalho realizado em uma rápida compressão do gás de (Vf, Pf ) a (Vi, Pi) será maior que o trabalho do processo quase-estacionário.

II. O trabalho realizado pelo sistema durante a expansão livre é o limiar máximo de trabalho que se pode obter.

III. As mudanças de estado nas expansões livres são irreversíveis, ao contrário das mudanças quase-estacionárias.

IV. O trabalho realizado sobre o sistema em um processo quase-estacionário é o mínimo necessário para se atingir a mudança de estado de (Vf, Pf ) a (Vi, Pi).

É correto apenas o que se afirma em