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Questão do ENEM 2020

Ciências da Natureza · habilidade 2Reaplicação · Caderno Azul · Questão 110

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\mathrm{N_2}, 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\mathrm{N_2} porque

Figura 1 do item 111752
  1. Alternativa A: a entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
    Justificativa

    Esta alternativa está errada. Na expansão adiabática não há troca de calor com o meio, então não há entrada de calor. Se entrasse calor, ele tenderia a aumentar a energia interna, e não a reduzir a temperatura.

    Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

  2. Alternativa B: a saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
    Justificativa

    Esta alternativa está errada. Na expansão adiabática não há saída de calor, pois não há troca de calor com o ambiente. O resfriamento vem do trabalho realizado pelo gás à custa da própria energia interna.

    Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

  3. Alternativa C: a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema.
    Justificativa

    Esta alternativa está errada. A variação nula da energia interna é característica do processo isotérmico de um gás ideal. No processo adiabático, a energia interna varia, e o fluxo de calor é nulo, e não associado ao trabalho.

    Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

  4. Alternativa D: a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema.
    Justificativa

    Esta alternativa está errada. A energia interna varia na expansão adiabática, e a entrada de frio não existe fisicamente: frio é só ausência de energia térmica, e a troca ocorre por calor, que neste processo é nula.

    Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

  5. Alternativa E: o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente. gabarito
    Justificativa

    Esta alternativa está correta. Na expansão adiabática não há troca de calor (Q=0Q = 0). Pela primeira lei, ΔU=Q−W=−W\Delta U = Q - W = -W. Na expansão, o gás realiza trabalho (W>0W > 0), e a energia vem da energia interna, que diminui. A temperatura cai, e por isso a expansão adiabática resfria o N2\mathrm{N_2} até a liquefação.

    Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

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Fonte e auditoria
Código INEP
111752
Código da prova
637
Arquivo do PDF
ENEM_2020_P2_CAD_07_DIA_2_AZUL.pdf