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.
Solução
Segundo a primeira Lei da Termodinâmica, a variação de energia interna de um sistema U, se relaciona com o calor trocado Q, e com o trabalho realizado pelo sistema W, da seguinte forma:
mas, em processos adiabáticos não há troca de calor, Q=0, Portanto:
A equação acima mostra explicitamente que a variação da energia interna não é nula, mas sim igual ao negativo do trabalho.
Alternativa E
