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 alternativa correta é letra E) o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

O comando da questão menciona uma informação importantíssima para nossa resolução: o processo é adiabático.

O que vem a ser isso? No processo adiabático não ocorre troca de calor com o meio externo

Assim, pela primeira lei da termodinâmica (princípio da conservação da energia para os sistemas termodinâmicos), temos que:

ΔU = Q - τ

Em que:

ΔU – variação de energia interna (cal ou J)

Q – calor (cal ou J)

τ – trabalho (cal ou J)

 Podemos também expressar da seguinte forma:

Q = ΔU + τ

Sabemos que não ocorre troca de calor, logo, Q = 0.

Daí podemos pensar em:

ΔU = - τ

Vamos analisar as alternativas apresentadas.

a) a entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.

ERRADO. Por ser adiabática não temos entrada de calor (Q=0)

b) a saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.

ERRADO. Por ser adiabática não temos entrada nem saída de calor (Q=0)

c) a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema.

ERRADO. Por ser adiabática não temos fluxo de calor.

d) a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema.

ERRADO. A variação de energia não é nula. Apenas a troca de calor. Vimos acima que ΔU = - τ. Logo, a variação de energia interna não é nula.

e) o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

CERTO. Vimos isso no item acima (ΔU = - τ). Estes são diretamente proporcionais.

Se ocorrer o aumento o ΔU teremos o aumento o trabalho (τ)