Alternativa D - A primeira lei da Termodinâmica diz que o calor fornecido a um gás é igual à soma do trabalho realizado pelo gás e a sua variação da energia interna.
Introdução
A primeira lei da Termodinâmica é uma expressão da conservação da energia, aplicada a sistemas termodinâmicos. Para sistemas como um pistão-cilindro, ela relate a energia trocada como calor (Q) com a energia interna (U) e o trabalho (W) realizado.
Desenvolvimento
A expressão matemática da primeira lei é:
\Delta U = Q - W
Onde:
- \Delta U é a variação da energia interna do sistema;
- Q é o calor absorvido pelo sistema;
- W é o trabalho realizado pelo sistema.
Análise das alternativas
- Alternativa A: Em transformações adiabáticas, Q=0, então \Delta U = -W. Se o trabalho é realizado pelo gás (W>0), \Delta U é negativa. A affirmativa afirma que \Delta U é positiva, incorreta.
- Alternativa B: Em transformações isotérmicas, a temperatura é constante. Para gases ideais, a energia interna depende apenas da temperatura, então \Delta U=0. A affirmativa afirma \Delta U positiva, incorreta.
- Alternativa C: Em ciclos termodinâmicos, \Delta U=0 (pois a energia interna é uma função de estado). Assim, Q_{\text{ciclo}} = W_{\text{ciclo}}. A affirmativa restringe essa igualdade a sistemas de refrigeração, incorreta.
- Alternativa D: A expressão Q = \Delta U + W (rearrangement da lei) afirma que o calor fornecido é a soma da variação da energia interna e do trabalho realizado pelo gás. Correta.
- Alternativa E: Em transformações isocóricas (volume constante), o trabalho W = P\Delta V. Como \Delta V=0, W=0. A affirmativa afirma realização de trabalho, incorreta.
Conclusão
A única alternativa que reflete a primeira lei da Termodinâmica corretamente é a D.