Question

É possível fornecer calor a um corpo e sua temperatura não variar? Dê um exemplo.

Answer 1

Resposta:

Sim, é possível.

Explicação:

Podemos considerar uma expansão quase-estática (suficientemente lenta) de um gás ideal. Supomos que o gás esteja confinado em um recipiente de volume variável (podemos pensar em um cilindro fechado em uma das bases e com um pistão móvel sendo a outra base). Algumas informações são importantes:

1. A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que $\Delta U = Q - W$, onde $\Delta U$ é a variação de energia interna do sistema, $Q$ é o calor fornecido ao sistema e $W$ é o trabalho realizado pelo sistema.
2. Em um processo quase-estático, as variações dos parâmetros são feitas de forma lenta o suficiente para que possamos considerar a versão infinitesimal da primeira lei: $dU = dQ - dW$. Em palavras, um acréscimo infinitesimal de energia interna corresponde a um fornecimento infinitesimal de calor e uma realização infinitesimal de trabalho.
3. A energia interna $U$ de um gás ideal é proporcional à sua temperatura, i.e. $U = C.T$, onde $C$ é a capacidade térmica do gás.

Então $dU = CdT = dQ - dW$ e, portanto, $dT = 0 \leftrightarrow dQ=dW$.

Logo, para que a temperatura seja constante ($dT=0$) é necessário e suficiente que, para cada $dQ$ fornecido ao sistema, façamos o sistema realizar simultaneamente um trabalho $dW$. Neste exemplo, o trabalho realizado pelo gás, será $dW = PdV$, onde $P$ é a pressão sob o pistão e $dV$ é uma variação infinitesimal de volume do gás. Numa situação prática de um processo muito lento, é razoável que possamos variar o volume movendo o pistão lentamente conforme fornecemos calor controladamente, de forma que essas duas contribuições se compensem.