Um gás ideal recebe 200 J de calor de uma fonte térmica, ao mesmo tempo em que se expande realizando trabalho W = 50 cal. Levando-se em conta que 1 cal = 4 J, qual foi a variação da energia interna do gás, em Joules, nesse processo?

Para resolver esse problema, precisamos entender como a energia interna do gás se relaciona com o calor e o trabalho. A primeira lei da termodinâmica nos diz que a variação da energia interna (ΔU) é igual ao calor adicionado ao sistema (Q) menos o trabalho realizado pelo sistema (W). Matematicamente, isso pode ser representado pela fórmula: ΔU = Q - W.No caso em questão, o gás recebe 200 J de calor, portanto Q = 200 J. Além disso, o gás se expande realizando trabalho W = 50 cal. Para converter essa energia de calorias para joules, multiplicamos por 4 (1 cal = 4 J), então W = 50 cal × 4 J/cal = 200 J.Agora, podemos substituir esses valores na fórmula acima: ΔU = Q - W = 200 J - 200 J = 0 J. Isso significa que a variação da energia interna do gás é zero, ou seja, a energia interna não mudou durante o processo.Portanto, a resposta certa é a opção B) zero.

Explicação adicional:

É importante notar que a expansão do gás não significa necessariamente que a energia interna do gás aumentou. A expansão pode ser feita à custa do trabalho realizado, sem alterar a energia interna do gás. Nesse caso, o calor adicionado ao sistema foi usado para realizar trabalho, e não para aumentar a energia interna do gás.

Exemplo semelhante:

Suponha que você tenha uma bomba de bicicleta que você use para inflar um pneu. Nesse caso, você está realizando trabalho sobre o pneu, fazendo com que o ar se expanda e ocupasse mais espaço. No entanto, a energia interna do ar não mudou, pois a energia foi usada apenas para realizar o trabalho de expansão. Isso é semelhante ao que aconteceu com o gás ideal no problema original.