Resolvendo a questão de termodinâmica da UNICAMP 2022
A prova da UNICAMP 2022 trouxe uma questão clássica de termodinâmica que aparece com frequência em vestibulares. O enunciado descreve um gás perfeito contido em um pistão sem atrito, submetido a uma transformação que envolve variação de volume e pressão. Muita gente trava nessa por causa da interpretação do diagrama P-V apresentado, então vou explicar como resolver direto.
unicamp 2022 usando um modelo tipico da termodinamica
O modelo usado é basicamente o de um ciclo termodinâmico com três etapas: expansão isobárica, resfriamento isocórico e compressão isotérmica (ou uma variante disso, dependendo da versão da questão). O ponto crucial é que o gráfico P versus V mostra uma área delimitada, e essa área corresponde ao trabalho trocado pelo gás com o meio ambiente durante o ciclo completo. Eu vi muitos candidatos errando porque calculavam o trabalho apenas na expansão isobárica e esqueciam que, num ciclo fechado, o trabalho total é a soma algébrica de todos os processos. Na expansão isobárica, o gás realiza trabalho positivo dado por W = P · V. No resfriamento isocórico, o volume não varia, então o trabalho é zero. Na etapa final, o trabalho depende do tipo de processo — se for isotérmico, usa-se W = nRT · ln(Vf/Vi).
👉 Clique no botão abaixo para saber mais sobre o assunto!
Um problema que eu encontrei na prática com esse tipo de questão é a conversão de unidades. O enunciado frequentemente fornece pressão em atm e volume em litros, mas as opções de resposta ou o gabarito esperam o resultado em joules. A conversão direta é 1 atm·L = 101,325 J. Muitos alunos multiplicam os números e esquecem esse fator, chegando a um resultado errada por uma ordem de grandeza. A minha correção foi sempre fazer a conversão antes de somar os trabalhos parciais, assim evita-se confusão no final. O cálculo do calor trocado também merece atenção. Pela primeira lei, U = Q - W. Num ciclo completo, a variação de energia interna é zero, então Q_total = W_total. Isso significa que o calor absorvido pelo gás durante o ciclo é numericamente igual ao trabalho realizado, mas com sinais dependendo de cada etapa. Se o ciclo é percorrido no sentido horário no diagrama P-V, o trabalho é positivo e o gás converte calor em trabalho. No sentido anti-horário, funciona como uma máquina refrigeradora.
Uma pegadinha comum nessa questão específica da UNICAMP é que o enunciado pede a variação de entropia do universo, não apenas do sistema. A entropia do gás em um ciclo é zero, mas a dos reservatórios térmicos não é. Você precisa calcular Q/T para cada troca de calor com os banhos térmicos e somar algebricamente. Esquecer isso é o erro mais frequente que eu vejo. Outro detalhe técnico: se a questão apresentar dados numéricos com algarismos significativos diferentes, o resultado final deve ser arredondado de acordo com o dado menos preciso. Na UNICAMP, eles costumam cobrarr esse tipo de detalhe nas opções, então verificar isso pode descartar alternativas plausíveis que só diferem pelo arredondamento.
Se você está estudando para essa prova, treine desenhando os ciclos no papel antes de contar. Identificar visualmente se a área está acima ou abaixo do eixo dos volumes já dá uma noção do sinal do trabalho total. O resto é aplicação direta das fórmulas, desde que as unidades estejam convertidas corretamente.
