A bomba de encher pneu esquenta sem fogo e a lata de aerossol gela sem geladeira: como a temperatura de um gás muda sem nenhuma troca de calor, e como a conta entre calor, trabalho e energia interna fecha em qualquer transformação, de um único trecho a um ciclo completo de motor?
O que você vai aprender
Definir energia interna como função de estado e reconhecer que, no gás ideal, ela depende só da temperatura absoluta (U = 3/2 nRT no monoatômico; ΔU = n Cv ΔT), distinguindo-a de calor e trabalho, que são trocas dependentes do caminho, e diferenciando sistema fechado de sistema isolado.
Aplicar ΔU = Q − W com a convenção explícita (Q > 0 recebido; W > 0 realizado pelo gás na expansão), inclusive em casos que enganam o senso comum: gás que esquenta cedendo calor porque recebe mais trabalho, bomba de pneu que aquece sem calor, aerossol que gela ao expandir.
Calcular o trabalho como área sob o caminho no diagrama p × V (retângulo na isobárica, trapézio na reta), atribuir o sinal pelo sentido do caminho e converter unidades (Pa·m³ = J; kPa·L = J).
Ler cada uma das quatro transformações pela linha que sobra da primeira lei: isotérmica (ΔU = 0, Q = W), isocórica (W = 0, Q = ΔU), isobárica (W = pΔV = nRΔT, Q = n Cp ΔT) e adiabática (Q = 0, ΔU = −W: compressão aquece, expansão esfria), reconhecendo 'processo rápido' e 'isentrópico' como adiabática.
Mostrar, com três caminhos entre os mesmos estados, que ΔU é a mesma e Q e W diferem, e distinguir 'mesma temperatura no fim' de 'temperatura constante durante'.
Analisar um ciclo fechado: ΔU = 0, trabalho líquido igual à área interna e ao calor líquido, sentido horário como motor e anti-horário como refrigerador, separando calor recebido de calor líquido e área sob um trecho de área do ciclo; identificar Otto, Diesel, Brayton, Stirling e Carnot pelas transformações que os compõem.
Explicar a expansão livre de Joule (Q = 0, W = 0, ΔU = 0, mesma temperatura no gás ideal) e por que uma expansão adiabática só esfria o gás quando há trabalho contra uma pressão externa.
Deduzir Cp − Cv = R a partir da primeira lei aplicada aos aquecimentos isocórico e isobárico, calcular Qv, Qp e W para uma amostra dada e reconhecer γ = Cp/Cv como a constante adiabática.
Julgar itens do PAS/UnB que plantam os erros clássicos (compressão adiabática que 'esfria' ou que 'recebeu calor', adiabática 'sem variação térmica', isotérmica que 'perde calor ao expandir', trabalho trocado por calor na isobárica) e responder em prosa ou desenho aos itens tipo D sobre isobárica, isotérmica e ciclo de Otto.
Abra uma garrafa de refrigerante que foi chacoalhada e olhe para o gargalo: por um instante aparece uma névoa. O gás carbônico que escapa se expande de repente, empurra o ar à frente dele e paga esse empurrão com energia própria; esfria tanto que o vapor d’água ao redor condensa. Agora encoste a mão na carcaça de um compressor de borracharia depois de alguns minutos de funcionamento: está quente, e não há chama nenhuma por perto, só um pistão apertando ar repetidas vezes. Nas duas cenas a temperatura de um gás mudou sem que calor algum tivesse sido fornecido ou retirado. A bomba de encher pneu e a lata de aerossol, que acompanham esta página do começo ao fim, são as versões de bolso dessas duas cenas: comprimir aquece, expandir esfria, e nenhum dos dois efeitos depende de calor. O que um gás guarda é uma reserva de energia, a energia interna; o que entra e sai dessa reserva passa por duas portas, o calor e o trabalho. A primeira lei da termodinâmica é o registro contábil dessas duas portas, e esta página mostra como fechá-lo em qualquer situação.
Esta página é a conta inteira. Primeiro o que é a energia interna e por que ela é um saldo, enquanto calor e trabalho são movimentações; depois a equação ΔU=Q−W com a convenção de sinais explícita, porque metade dos erros da prova mora no sinal; em seguida o trabalho como área no diagrama p×V, as quatro transformações que a banca cobra (isotérmica, isocórica, isobárica e adiabática), os ciclos fechados em que o gás volta ao início e a área de dentro vira trabalho, a expansão livre de Joule e a razão de Cp ser maior que Cv. O que um gás ideal é e a equação pV=nRT estão em transformações gasosas, pré-requisito desta página; rendimento, Carnot e a segunda lei ficam em máquinas térmicas, a página seguinte; quem descobriu o quê e quando está em história da termodinâmica. Aqui essas ideias entram só pelo nome.
Energia interna é o saldo; calor e trabalho são as movimentações
Um gás preso num cilindro é um monte de moléculas voando e colidindo. A soma das energias de todas elas, cinética de translação, de rotação, de vibração e a potencial das interações, é a energia internaU do gás. Para um gás ideal, em que as moléculas não interagem a distância, sobra só a energia cinética das moléculas, e ela depende de uma coisa: a temperatura. Aqueceu, U subiu; esfriou, U caiu; mesma temperatura, mesma energia interna, não importa por qual caminho o gás chegou lá.
Energia interna de um gás ideal: função de estado
A energia interna U de uma amostra fixa de gás ideal depende só da temperatura absoluta. Para um gás monoatômico (hélio, argônio, neônio),
U=23nRT=23pV,
com n em mol, R=8,31 J/(mol·K) e T em kelvin; a segunda igualdade usa pV=nRT. Para gases diatômicos como N₂ e O₂ (o ar), o fator é 25 na temperatura ambiente. Em qualquer caso, a variação é
ΔU=nCvΔT,
em que Cv é o calor molar a volume constante (23R para monoatômico, 25R para diatômico). Como ΔU depende só de ΔT, ela é a mesma para qualquer caminho entre dois estados de mesma temperatura: U é uma função de estado, como a altitude de um ponto no mapa. Uma diferença de temperatura vale o mesmo em kelvin e em graus Celsius; uma razão entre temperaturas (U dobra quando T dobra), só em kelvin.
Calor e trabalho são outra categoria de coisa. CalorQ é energia em trânsito por causa de uma diferença de temperatura: sai do corpo de temperatura maior, chega ao de temperatura menor e deixa de fluir quando as duas se igualam. TrabalhoW é energia em trânsito por causa de uma força aplicada numa fronteira que se desloca, o pistão que sobe ou desce. Nenhum dos dois é propriedade do gás. Um gás não “tem calor” nem “tem trabalho”: ele tem energia interna e troca calor e trabalho, como uma conta bancária tem saldo e recebe depósitos e transferências. Depósitos e transferências dependem do que aconteceu ao longo do mês; o saldo do fim do mês não guarda a memória de como foi construído.
Essa distinção decide itens inteiros. Em 2010, num bloco sobre uma máquina térmica cujo fluido era um gás monoatômico ideal, desenhado no plano temperatura × entropia com dois lados a temperatura constante, a banca afirmou que “a energia interna do gás no ponto B é maior que no ponto A”, com A e B sobre a mesma temperatura T2. Gabarito E: para gás ideal, mesma temperatura é mesma energia interna, ponto. Na 1.ª etapa do mesmo ano, um item avulso dizia que “as variáveis termodinâmicas volume e temperatura são suficientes para se definir o estado de um gás”: E, porque o estado de uma amostra de gás pede três variáveis ligadas por pV=nRT; com V e T conhecidos ainda falta p (ou n) para fixar o estado. E em 2022, pendurado num texto sobre Marie Curie e o polônio, um item afirmava que o decaimento radioativo “em um sistema isolado implica diminuição de energia interna”: E de novo, porque sistema isolado não troca nem calor nem trabalho, e a primeira lei fixa ΔU=0; a energia liberada pelos núcleos vira agitação das partículas, mas continua dentro do sistema. Repare na diferença de vocabulário que a banca explora: sistema fechado não troca matéria, mas pode trocar energia (o gás no cilindro com pistão); sistema isolado não troca nada.
ΔU = Q − W: o balanço e a convenção de sinais
A primeira lei da termodinâmica e a convenção de sinais
Para uma amostra de gás que troca calor e trabalho com a vizinhança,
ΔU=Q−W.
Em palavras: o que a reserva de energia do gás ganha ou perde é a diferença entre o calor que entrou nele e o trabalho que ele realizou sobre a vizinhança. Os sinais nesta página, e nos livros brasileiros de ensino médio, são:
símbolo
positivo quando…
negativo quando…
Q
o gás recebe calor (chama, fonte quente)
o gás cede calor (resfriamento)
W
o gás realiza trabalho: expande e empurra o pistão
o gás recebe trabalho: é comprimido
ΔU
a temperatura sobe
a temperatura cai
A mesma lei aparece em alguns livros como ΔU=Q+W′, com W′ = trabalho realizado sobre o gás (W′=−W). As duas formas são a mesma física; o que não pode é misturar as convenções no meio da conta. Aqui, sempre: W é trabalho do gás.
Quatro contas curtas fixam a convenção; as duas primeiras são a bomba e a lata.
Bomba de pneu. Numa bombada rápida, a mão transfere 80 J de trabalho ao ar do cilindro. Rápida é a palavra que importa: o ar não tem tempo de trocar calor com as paredes, então Q≈0. Na convenção do gás, trabalho recebido é negativo, W=−80 J, e a lei dá ΔU=0−(−80)=+80 J. A reserva do ar cresceu 80 J, a temperatura subiu com ela, e nenhum calor participou.
Aerossol. O gás que escapa empurra o ar atmosférico e realiza 20 J de trabalho, também depressa demais para trocar calor: ΔU=0−20=−20 J. A reserva diminuiu, e a lata gela.
Cilindro na chama. Uma chama entrega 500 J de calor a um gás que, enquanto isso, levanta o pistão e realiza 200 J de trabalho. ΔU=500−200=+300 J: o gás esquentou, mas só com 300 dos 500 J; os outros 200 J saíram como trabalho. Variante que confunde: o gás cede 100 J de calor às paredes frias enquanto um êmbolo o comprime com 250 J de trabalho. Q=−100 J, W=−250 J, ΔU=−100−(−250)=+150 J. O gás esquentou cedendo calor, porque recebeu mais trabalho do que perdeu calor. Quem lê “cede calor” e conclui “esfria” sem fazer a conta erra.
A convenção desta página: Q>0 entra no gás; W>0 o gás realiza (expansão). Compressão é W<0 e faz a conta subir. Os quatro exemplos da tabela são os do texto. Diagrama autoral.
O sinal do trabalho é o lugar onde a conta vira
“O gás recebeu 250 J de trabalho” quer dizer W=−250 J na convenção do gás. Substituir W=+250 na fórmula dá ΔU=−100−250=−350 J, o sinal oposto ao certo. Antes de qualquer conta, responda: quem empurrou quem? Se o gás empurrou o pistão para fora (expansão), W>0 e a energia interna paga por isso. Se o pistão empurrou o gás para dentro (compressão), W<0 e a energia interna recebe. Confira sempre com as duas cenas: bomba comprime e aquece; aerossol expande e esfria.
Ler o trabalho num gráfico: a área no diagrama p × V
De onde vem o número do trabalho? Um gás a pressão p empurra um pistão de área A com a força F=pA (pressão é força por área). Se o pistão avança Δx, o trabalho da força é FΔx=pAΔx, e AΔx é exatamente o volume que o gás ganhou: W=pΔV. É a fórmula da isobárica, e ela já traz o aviso de unidades: com p em pascal e ΔV em metros cúbicos, W sai em joules. Um litro é 10−3 m³; converta antes de multiplicar.
Trabalho como área
No diagrama pressão × volume, cada estado do gás é um ponto e cada transformação é um caminho. O trabalho realizado pelo gás é a área entre o caminho e o eixo dos volumes:
caminho para a direita (expansão): W>0, o gás realiza trabalho;
caminho para a esquerda (compressão): W<0, o gás recebe trabalho;
caminho vertical (isocórica): área nula, W=0.
Quando a pressão é constante, a área é um retângulo, W=pΔV. Quando o caminho é uma reta inclinada, é um trapézio: W=pmeˊdiaΔV. Quando é uma curva qualquer, a área ainda é o trabalho, mas só uma figura conhecida ou uma contagem de quadradinhos dá o número. Um pascal vezes um metro cúbico é um joule; um quilopascal vezes um litro também é um joule, atalho que evita as potências de dez.
Exemplo resolvido (retângulo). Um gás a 2,5×105 Pa empurra o pistão de 2 L para 4 L sem mudar de pressão e recebe 800 J de calor. Trabalho:W=pΔV=2,5×105×(4−2)×10−3=500 J, a área do retângulo de 250 kPa de altura por 2 L de base. Primeira lei:ΔU=Q−W=800−500=300 J; o gás esquentou. Conferência: em kPa·L, 250×2=500 J, o mesmo número. Quem esquece o litro faz 2,5×105×2=500000 J e entrega um gás capaz de ferver uma panela.
Exemplo resolvido (trapézio). O mesmo gás vai de (2 L; 350 kPa) a (4 L; 150 kPa) por uma reta. A pressão média é (350+150)/2=250 kPa, então W=250×2=500 J, a área do trapézio. Se o caminho fosse percorrido ao contrário, de 4 L para 2 L, a área seria a mesma e o trabalho, −500 J: o gás foi comprimido. A área mede o tamanho; o sentido do caminho dá o sinal.
O trabalho é a área entre o caminho e o eixo dos volumes: retângulo na isobárica, trapézio na reta inclinada. A área dá o módulo; o sentido do caminho dá o sinal. Diagrama autoral.
Na prova, a fórmula da isobárica foi cobrada ao pé da letra em 2022: “Em uma transformação isobárica, o trabalho W realizado é W=P⋅ΔV, em que P representa a pressão e ΔV, a variação do volume”, gabarito C. Item de definição, sem conta, dos que valem um ponto para quem sabe a fórmula e o significado de cada letra.
Quatro transformações, uma igualdade curta para cada
Por mais complicado que pareça o ciclo de um motor, cada trecho dele é um de quatro casos, definidos pela grandeza que não varia. Fixada essa grandeza, um dos termos de ΔU=Q−W desaparece ou ganha fórmula, e a lei inteira cabe numa igualdade de poucas letras.
As quatro transformações de um gás ideal
transformação
grandeza fixa
o que sobra da lei
como ler
isotérmica
T (logo ΔU=0)
Q=W
o calor que entra sai inteiro como trabalho (ou o trabalho recebido sai inteiro como calor); manter T exige trocar calor
isocórica (isovolumétrica, isométrica)
V (logo W=0)
ΔU=Q
com o pistão travado, o calor só tem um destino: a energia interna
isobárica
p
W=pΔV; Q=ΔU+pΔV
o trabalho tem fórmula fechada; o calor recebido banca o aquecimento e a expansão
adiabática
nenhuma troca de calor (Q=0)
ΔU=−W
o trabalho é a única fonte de variação de T: comprimido, o gás aquece; expandido, esfria
No diagrama p×V: a isobárica é horizontal, a isocórica é vertical, a isotérmica é a hipérbole pV= constante, e a adiabática é uma curva mais íngreme que a isotérmica que passa pelo mesmo ponto, porque na expansão adiabática a pressão cai por dois motivos, o volume cresce e a temperatura cai.
As quatro transformações a partir do mesmo estado. Horizontal, vertical, hipérbole e uma curva mais íngreme que a hipérbole: em cada uma, a primeira lei perde um termo. Diagrama autoral.
Isotérmica. Um gás recebe 240 J de calor de uma chama enquanto o pistão, livre, sobe; o trabalho realizado nessa subida é também de 240 J. A lei dá ΔU=240−240=0: a temperatura no fim é a mesma do começo, e o gás converteu em trabalho tudo o que recebeu. Daqui sai a consequência que a banca mais gosta de inverter: para expandir sem esfriar, o gás depende de receber calor na mesma medida do trabalho que faz. Temperatura constante não é isolamento térmico; é troca de calor na dose exata. Um item de 2015, sobre um motor Stirling cuja etapa 1 → 2 era uma expansão isotérmica, afirmou que nela havia “redução na pressão, aumento do volume e saída de calor do motor”. As duas primeiras partes estão certas (pV constante com V crescendo); a terceira inverte o sinal: isotérmica que expande recebe calor. Gabarito E.
Isocórica. Pistão travado, volume fixo, área nula sob um caminho vertical: W=0 e Q=ΔU. Todo o calor que entra vira temperatura; todo o calor que sai, esfriamento. Em 2011 a banca imprimiu um diagrama de Clapeyron com várias isotermas e um ponto a de onde saíam três caminhos, e afirmou: “No caminho a→2, o processo é isocórico, o volume do sistema termodinâmico permanece constante e não há realização de trabalho sobre a vizinhança”. O caminho a→2 era um segmento vertical para baixo: C, palavra por palavra. O vizinho, item 107, dizia que “no caminho a→1, o processo ocorre em uma isoterma”: E, porque a curva desenhada de a a 1 era mais íngreme que as isotermas e as cruzava, ou seja, a temperatura mudava ao longo do caminho.
Isobárica.W=pΔV, e como pV=nRT a pressão constante dá pΔV=nRΔT, o trabalho também se escreve W=nRΔT. O calor recebido é maior que o trabalho, porque parte dele aquece o gás: Q=ΔU+W=nCvΔT+nRΔT=nCpΔT, com Cp=Cv+R. Voltamos a isso na seção dos calores molares; guarde por enquanto que, na isobárica, calor recebido, trabalho e variação de energia interna são três números diferentes, todos proporcionais a ΔT.
Adiabática.Q=0, e a temperatura muda só pelo trabalho: ΔU=−W. Comprimir (W<0) aquece; expandir (W>0) esfria. É a bomba e o aerossol. A prova raramente escreve “adiabática” com todas as letras; prefere dois sinônimos. Processo rápido: a troca de calor pelas paredes leva tempo, e um pistão que vai e volta dezenas de vezes por segundo não dá esse tempo. Isentrópico: entropia constante, o nome formal da adiabática ideal, definido na página da segunda lei. Em 2017, num motor híbrido que guardava energia comprimindo nitrogênio: “No motor hidráulico, os processos de expansão e de compressão do nitrogênio, que devem ser rápidos, podem ser considerados adiabáticos”, C. Em 2019, num ciclo de Brayton de helicóptero cuja etapa 1 → 2 era descrita como “uma compressão isentrópica”: “Na transformação de 1 a 2, não há troca de calor”, C.
O motor a diesel acende sem faísca
No motor a gasolina, a mistura ar-combustível é comprimida e uma faísca a inflama. No motor a diesel não há vela: o pistão comprime só ar, numa razão de volumes tipicamente de 15 a 20 para 1, e a compressão adiabática leva o ar a mais de 500 °C. O óleo diesel é então injetado e pega fogo ao encontrar o ar quente. É a bomba de bicicleta levada ao limite: trabalho de compressão, sem calor, virando temperatura. A prova de 2024 pôs o ciclo de Diesel lado a lado com o de Joule (turbina a gás) e cobrou leitura comparada dos dois, adiante.
Duas confusões gêmeas: adiabática "sem mudar de temperatura" e isotérmica "sem trocar calor"
A adiabática muda de temperatura, e muda justamente porque só o trabalho age sobre a energia interna. A isotérmica mantém a temperatura, e consegue isso porque troca calor com a vizinhança na medida exata do trabalho: recebe quando expande, cede quando é comprimida. Cruzar as duas descrições é o erro que a banca mais planta, em três redações, todas com gabarito E:
Compressão adiabática que “esfria”. PAS 2 2017, item 89: “Haja vista ser o nitrogênio um gás ideal, a compressão do nitrogênio no motor hidráulico será acompanhada de redução da temperatura, de acordo com a primeira lei da termodinâmica.” A primeira lei diz o contrário: Q=0, W<0, ΔU=−W>0.
Temperatura que sobe “porque entrou calor”. PAS 2 2025, item 67, sobre o ciclo de Otto de um motor a etanol: “Uma vez que, no ciclo apresentado na figura II, a temperatura do estado termodinâmico A é menor que a do estado termodinâmico B, conclui-se que existe um fluxo de calor que entra no motor e aquece a mistura de vapores.” A premissa é verdadeira (TB>TA), mas AB é a compressão adiabática: a mistura esquenta pelo trabalho do pistão, e o calor só entra no trecho seguinte, com a ignição. A banca esperou oito anos para repetir a armadilha de 2017 com outra roupa.
Adiabática “sem variação de temperatura”. PAS 2 2018, item 80, num motor de avião: “Na transformação adiabática que ocorre no motor, não haverá variação térmica, independentemente da região em que o avião se encontrar.” Adiabática é Q=0, não ΔT=0.
Diante de um item que iguale “sem troca de calor” a “temperatura constante”, em qualquer das duas direções, o julgamento é E, e nenhuma conta precisa ser feita.
Mesmos estados, contas diferentes: Q e W dependem do caminho
Se U é função de estado e Q e W não são, então dois caminhos entre os mesmos estados inicial e final têm a mesmaΔU e, em geral, trabalhos e calores diferentes. O diagrama p×V mostra isso sem fórmula: caminhos diferentes cercam áreas diferentes.
Exemplo resolvido (três caminhos). Um gás ideal monoatômico vai do estado A (2 L; 100 kPa) ao estado B (4 L; 250 kPa). Como U=23pV e 1 kPa·L = 1 J, UA=1,5×200=300 J e UB=1,5×1000=1500 J: ΔU=1200 J, seja qual for o caminho.
Caminho 1, sobe e depois anda: aquece a volume constante até 250 kPa (isocórica, W=0) e expande a 250 kPa até 4 L (isobárica, W=250×2=500 J). Total W1=500 J; calor recebido Q1=ΔU+W1=1700 J.
Caminho 2, anda e depois sobe: expande a 100 kPa até 4 L (W=100×2=200 J) e aquece a volume constante até 250 kPa. W2=200 J; Q2=1400 J.
Caminho 3, a reta de A a B: pressão média 175 kPa, W3=175×2=350 J; Q3=1550 J.
Conferência: a diferença W1−W2=300 J é a área do retângulo entre os dois caminhos (2 a 4 L por 100 a 250 kPa); a reta corta esse retângulo ao meio, e W3 fica no meio dos dois. A regra da pressão média vale porque o caminho 3 é uma reta; numa curva qualquer ela não serve.
Mesmos estados A e B, mesma ΔU=1200 J, três trabalhos e três calores diferentes. O trabalho é a área sob cada caminho; o calor é o que a primeira lei obriga: Q=ΔU+W. Diagrama autoral.
Uma consequência que a prova cobra em prosa: se um gás recebe 240 J de calor e realiza 240 J de trabalho, sua temperatura final é igual à inicial (ΔU=0), mas não se pode concluir que ela ficou constante o tempo todo; ela pode ter subido e descido no meio do caminho. “Mesmo valor no fim” e “constante durante” são afirmações diferentes; isotérmica é a segunda.
Uma volta completa: ciclos, motores e a área de dentro
Um motor não faz uma transformação só: faz uma sequência que volta ao estado inicial e recomeça, dezenas de vezes por segundo. No diagrama p×V, isso é um ciclo, um circuito fechado. E como o gás volta ao mesmo estado, a energia interna volta ao mesmo valor.
Ciclo: saldo zero de energia interna, área interna como trabalho
O gás termina a volta no estado em que começou, portanto com a mesma energia interna: ΔU=0 para a volta inteira, e da primeira lei sobra
Wlıˊquido=Qlıˊquido=Qrecebido−Qrejeitado.
O trabalho líquido é a área interna do circuito: a área sob o caminho de ida (expansão, W>0) menos a área sob o caminho de volta (compressão, W<0).
Sentido horário (expande pelo caminho de cima, volta pelo de baixo): Wlıˊquido>0, o gás entrega trabalho. É um motor.
Sentido anti-horário: Wlıˊquido<0, o gás recebe trabalho e transfere calor da fonte fria para a quente. É um refrigerador.
Cada família de motor real é aproximada por um ciclo com nome próprio, montado com as quatro transformações:
máquina
ciclo
de que é feito
carro a gasolina ou a etanol (acende por vela)
Otto
duas adiabáticas e duas isocóricas
caminhão e gerador a diesel (acende por compressão)
Diesel
duas adiabáticas, uma isobárica e uma isocórica
turbinas a gás de helicópteros, aviões e termelétricas
Brayton (também chamado de Joule)
duas adiabáticas e duas isobáricas
motor de ar quente, com fonte de calor externa
Stirling
duas isotérmicas e duas isocóricas
a máquina ideal, régua de todas as outras
Carnot
duas isotérmicas e duas adiabáticas
Memorizar os desenhos não ajuda: diante de qualquer ciclo impresso, percorra trecho a trecho identificando a grandeza fixa e use a linha correspondente da tabela das quatro transformações. Rendimento, teto de Carnot e a razão de Qrejeitado nunca ser zero são a página seguinte.
Exemplo resolvido (ciclo retangular). Um gás monoatômico percorre o retângulo A(2 L; 100 kPa) → B(2 L; 250 kPa) → C(4 L; 250 kPa) → D(4 L; 100 kPa) → A, no sentido horário. Com U=23pV: UA=300, UB=750, UC=1500, UD=600 J.
trecho
transformação
W (J)
ΔU (J)
Q=ΔU+W (J)
A → B
isocórica, aquece
0
+450
+450
B → C
isobárica, expande
+500
+750
+1 250
C → D
isocórica, esfria
0
−900
−900
D → A
isobárica, comprime
−200
−300
−500
volta completa
+300
0
+300
O trabalho líquido, 300 J, é a área do retângulo (150 kPa×2 L). O calor líquido também é 300 J, mas repare na tabela: o gás recebeu 1 700 J (trechos A → B e B → C) e rejeitou 1 400 J (C → D e D → A). Os 300 J são a diferença, não o calor que entrou. A 25 voltas por segundo, a potência entregue é 300×25=7500 W. Percorrido ao contrário (A → D → C → B → A), cada número troca de sinal: o gás recebe 300 J de trabalho por volta e cede 300 J de calor líquido.
Ciclo retangular horário: expande por cima (500 J), volta por baixo (−200 J), saldo 300 J = área interna. Em uma volta ΔU=0, então o calor líquido também é 300 J; mas o gás recebeu 1 700 J e devolveu 1 400 J. Diagrama autoral.
Área sob a curva não é área do ciclo
Duas áreas, dois significados. A área sob um trecho é o trabalho daquele trecho: 500 J na expansão B → C. A área interna do ciclo é o trabalho líquido da volta: 300 J. Quem responde “500 J” ao trabalho do ciclo esqueceu que a compressão devolve 200 J. E quem chama os 300 J de “calor recebido” esqueceu a tabela: o calor recebido foi 1 700 J. Confundir calor líquido com calor recebido faria qualquer motor parecer ter rendimento de 100 %.
Na prova, a leitura do ciclo. Em 2019, o ciclo de Brayton do helicóptero veio com duas áreas marcadas, A1 interna ao ciclo e A2 entre o trecho de baixo e o eixo dos volumes, e o item tipo C pediu “a eficiência do ciclo de Brayton, em termos das referidas áreas”. Leia as áreas como trabalhos. Debaixo do trecho de cima há A1+A2, o que o gás produz ao expandir; debaixo do trecho de baixo há A2, o que ele devolve ao ser comprimido; a diferença, A1, é o que sobra por volta. Dividindo o que sobra pelo que foi produzido na expansão chega-se a A1/(A1+A2), opção C. Um aviso para quem já estudou rendimento: a definição formal é W/Qrecebido, e o calor que entra numa isobárica não corresponde a nenhuma região do diagrama p×V. A opção C vale como razão entre as duas regiões desenhadas, que é o que o enunciado pede, e não como o rendimento termodinâmico estrito.
Em 2010, o ciclo veio no plano temperatura × entropia, um retângulo com dois lados a temperatura constante (T2 em cima, T1 embaixo) e dois a entropia constante, percorrido A → B → C → D → A, e a banca pediu os sinais dos trabalhos em cada trecho: “WAB<0, WBC<0, WCD>0 e WDA>0”. É a primeira lei trecho a trecho. De A a B, a entropia cresce a temperatura constante: o gás recebe calor, e como ΔU=0 numa isotérmica, WAB=QAB>0; o item começa errado. De B a C, entropia constante é adiabática, e a temperatura cai: ΔU<0, logo WBC=−ΔU>0; errado de novo. De C a D, isotérmica que cede calor: WCD<0. De D a A, adiabática que aquece: WDA<0. Todos os quatro sinais estavam trocados. Gabarito E.
Em 2024, a banca imprimiu os ciclos de Diesel e de Joule lado a lado, “operando na mesma faixa de volume e pressão e com fluidos de trabalho constituídos por gases ideais que têm a mesma quantidade de moléculas”, e fez três perguntas sem número nenhum. “Infere-se do gráfico relativo ao ciclo de Diesel que os fluidos de trabalho nele empregados são incompressíveis”: E, o volume vai de V0 a V1 e volta; fluido incompressível não desenharia ciclo algum. “A variação de temperatura, no ciclo de Joule, entre os estados a e c é igual à variação de temperatura entre os estados a e b no ciclo de Diesel”: C, porque nos dois gráficos a está em (V0; p0) e o canto superior esquerdo (c no Joule, b no Diesel) está em (V1; p1); mesmos pares (p,V) com o mesmo n são as mesmas temperaturas, por pV=nRT. “Os fluidos de trabalho dos ciclos de Diesel e de Joule não podem ter a mesma constante adiabática”: C. Nos dois gráficos o canto (V1; p1) é alcançado por uma adiabática que sai da pressão p0, mas o ponto de partida não é o mesmo: no Diesel ela sai de V0; no Joule, de um volume menor. Uma adiabática obedece a pVγ= constante; para que uma mesma variação de pressão corresponda a variações de volume distintas, o expoente γ tem de ser distinto em cada gás. Os três itens dispensam número; o que cobram é a leitura do mapa.
E em 2025, no ciclo de Otto do motor a etanol, além do erro plantado do item 67, veio a leitura certa: “a temperatura no estado termodinâmico C será maior que a temperatura no estado termodinâmico D”. Gabarito: certo, porque C → D é a expansão adiabática: o gás realiza trabalho sem receber calor, perde energia interna e esfria.
Expansão livre: nem calor, nem trabalho, nem mudança de temperatura
Um recipiente rígido e termicamente isolado tem uma divisória no meio: gás de um lado, vácuo do outro. Retira-se a divisória. O gás ocupa o recipiente inteiro. O que aconteceu com a temperatura?
Aplique a conta. Paredes isoladas: Q=0. O gás se expandiu, mas contra nada: do outro lado havia vácuo, nenhuma pressão externa a vencer, nenhum pistão a empurrar, e o recipiente rígido não mudou de volume total. Trabalho: W=0. Então ΔU=0−0=0 e, para gás ideal, a temperatura final é igual à inicial. Foi o resultado que James Joule mediu em 1845, com dois vasos de cobre num banho de água: o termômetro não se mexeu. O experimento é a prova de que a energia interna do gás ideal não depende do volume, só da temperatura.
Expansão livre de Joule: sem calor (paredes isoladas), sem trabalho (expansão contra o vácuo), sem variação de energia interna e, no gás ideal, sem variação de temperatura. Diagrama autoral.
Duas ressalvas que a prova pode explorar. Primeira: a expansão livre é adiabática (Q=0), mas não esfria o gás, ao contrário da expansão adiabática contra um pistão; a diferença é que aqui não há trabalho. “Adiabática” não garante, por si só, mudança de temperatura; o que muda a temperatura é o trabalho. Segunda: o processo não tem volta. Ninguém verá o gás se recolher sozinho para a metade da esquerda. A primeira lei não proíbe isso (a energia fecharia igual); quem proíbe é a segunda lei, com a entropia, assunto da página vizinha. A primeira lei diz o que é possível energeticamente; não diz em que sentido as coisas acontecem.
O aerossol gela, o recipiente de Joule não
As duas expansões são adiabáticas, e só uma esfria. No aerossol, o gás que sai empurra o ar atmosférico para abrir espaço: realiza trabalho, paga com energia interna, esfria. Na expansão livre, o gás avança sobre o vácuo, não empurra nada, não paga nada. A pergunta que decide é sempre a mesma: contra o que o gás se expandiu? É também por isso que o ar que sobe na atmosfera esfria: ele se expande contra o ar mais rarefeito ao redor e realiza trabalho; é a origem das nuvens de tarde em Brasília.
Por que aquecer a pressão constante custa mais: Cv e Cp
Aqueça a mesma amostra de gás em 100 K de dois jeitos: com o pistão travado (volume constante) e com o pistão livre sob a pressão da atmosfera (pressão constante). A variação de energia interna é a mesma nos dois casos, porque ΔT é o mesmo. Mas o calor necessário não é.
Calores molares e a relação $C_p - C_v = R$
Para n mol de gás ideal aquecidos em ΔT:
a volume constante:W=0 e Qv=ΔU=nCvΔT;
a pressão constante: o gás expande e realiza W=pΔV=nRΔT; o calor paga o aquecimento e o trabalho: Qp=ΔU+W=nCvΔT+nRΔT=nCpΔT.
Portanto Cp=Cv+R: aquecer a pressão constante custa R a mais por mol e por kelvin, e essa diferença é exatamente o trabalho de expansão. Para um gás monoatômico, Cv=23R≈12,5 e Cp=25R≈20,8 J/(mol·K); para diatômicos à temperatura ambiente, 25R e 27R. A razão γ=Cp/Cv (5/3 e 7/5) é a constante adiabática, o expoente de pVγ= constante que a prova de 2024 citou pelo nome. Não confunda calor molar, em J/(mol·K), com o calor específico por massa, em J/(kg·K), da calorimetria: mesma ideia, base diferente.
Exemplo resolvido (os dois aquecimentos). 2 mol de gás monoatômico, ΔT=100 K, R=8,31 J/(mol·K). Energia interna:ΔU=2×12,465×100≈2493 J, nos dois casos. A volume constante:Qv=2493 J. A pressão constante:W=2×8,31×100=1662 J e Qp=2493+1662=4155 J. Conferência:Qp/Qv=4155/2493=1,67=5/3=γ, como deve ser.
Mesma amostra, mesmos 100 K, mesma ΔU. A pressão constante o gás também expande, e o calor precisa pagar o trabalho nRΔT: Cp−Cv=R. Diagrama autoral.
Foi essa separação que o item 96 de 2019 mediu, na isobárica 2 → 3 do ciclo de Brayton entre 300 K e 1 000 K: “o trabalho produzido na transformação de 2 a 3 deverá ser maior que 700⋅n⋅Cp”. O trabalho de uma isobárica é nRΔT. Entre as duas fontes o salto máximo de temperatura seria 1000−300=700 K, e o salto real da etapa 2 → 3 é menor, porque a compressão 1 → 2 já deixou o gás acima de 300 K; portanto W≤700nR. Falta comparar R com Cp: como Cp=Cv+R, tem-se Cp>R e 700nR<700nCp. O trabalho fica abaixo do limiar proposto. Gabarito E. A quantidade 700nCp seria o teto do calor recebido nessa isobárica; o item apresentou o calor com o nome de trabalho.
A prova pede a lei em prosa: o item tipo D de 2025
O único item tipo D de Física da 2.ª etapa de 2025 não tinha número nenhum: “Um gás está preso dentro de uma câmara do tipo pistão (com um êmbolo móvel), semelhante ao motor de um carro. A expansão do gás será usada para movimentar o pistão. Considerando que o gás se comporte de forma ideal, explique o que é esperado que aconteça durante essa expansão nas duas hipóteses seguintes: de a pressão não se alterar ao longo do processo e de a temperatura não se alterar ao longo do processo.”
Um roteiro de resposta, em dez linhas, com a tabela das quatro transformações e pV=nRT como únicas ferramentas. Hipótese 1, pressão constante (isobárica). Com p fixo, V e T caminham juntos (V/T constante): o gás que passou a ocupar mais volume está mais quente, logo sua energia interna cresceu. Ao mesmo tempo ele empurrou o pistão e realizou W=pΔV. Para bancar as duas coisas, aquecimento e trabalho, o calor recebido tem de superar o trabalho: Q=ΔU+W>W. Hipótese 2, temperatura constante (isotérmica).ΔU=0. Com pV constante, aumentar o volume significa baixar a pressão, e a força sobre o pistão vai diminuindo ao longo do curso. Há trabalho realizado, e a primeira lei obriga o gás a receber da vizinhança um calor de mesmo valor: Q=W. Nomear a transformação, dizer como as variáveis se relacionam e indicar o sinal de Q em cada hipótese é o que o corretor procura.
Oito anos antes, em 2017, o tipo D foi um desenho: “Represente, graficamente, no diagrama pressão versus volume abaixo, cada uma das transformações mencionadas, de modo que elas representem o ciclo de Otto. No seu gráfico, identifique os pontos A, B, C e D e indique o sentido de cada transformação”, com o texto dizendo: AB compressão adiabática, BC aquecimento isométrico, CD expansão adiabática, DA resfriamento isométrico. O traçado: coloque A no canto de maior volume e menor pressão. De A a B, compressão adiabática: a curva sobe para a esquerda, íngreme, porque o volume cai e a pressão dispara. De B a C, aquecimento a volume constante (“isométrico”, na palavra da banca): um traço vertical para cima. De C a D, expansão adiabática: uma curva que desce para a direita, acima da primeira. De D a A, resfriamento a volume constante: traço vertical para baixo, fechando o circuito. As setas giram no sentido horário, marca de motor, e a região entre as duas adiabáticas é o trabalho de cada volta. Em 2025 a banca imprimiu exatamente esse desenho como “figura II” e perguntou o que se lê nele.
O ciclo de Otto, modelo do motor a gasolina e a etanol: duas adiabáticas (sem calor, temperatura muda pelo trabalho) e duas isocóricas (sem trabalho, entra e sai calor). A banca pediu este traçado como tipo D em 2017 e, em 2025, trouxe-o impresso (figura II) para os itens 65 a 68 e 77. Diagrama autoral.
Como a banca pergunta
Nas provas da 2.ª etapa de 2007 a 2025, a primeira lei e as quatro transformações renderam itens em 2010, 2011, 2015, 2017, 2018, 2019, 2022, 2024 e 2025, quase sempre pendurados num ciclo de motor (Otto, Diesel, Brayton, Stirling, o ciclo a vapor de uma usina). Os padrões:
A adiabática com o erro plantado (2017/89, 2025/67, 2018/80): “compressão esfria”, “esquentou porque entrou calor”, “adiabática não muda a temperatura”. Sempre E. A versão certa também aparece (2017/90 “processos rápidos podem ser considerados adiabáticos”, 2019/95 “isentrópica: não há troca de calor”, 2025/66 “TC>TD na expansão adiabática”), sempre C.
A isotérmica que “não troca calor” ou que “perde calor ao expandir” (2015/91): ΔU=0 obriga Q=W; expansão isotérmica recebe calor.
Vocabulário exato das transformações (2011/107–108, 2022/75): isocórico = volume constante = trabalho nulo; isobárica: W=PΔV. Itens de definição, palavra por palavra.
Calor × trabalho na isobárica (2019/96): W=nRΔT, Q=nCpΔT; o item troca um pelo outro.
Energia interna como função de estado (2010/110, 2022/70, PAS 1 2010/94): mesma temperatura, mesma U; sistema isolado, ΔU=0; o estado de um gás pede p, V e T.
Sinais trecho a trecho num ciclo (2010/108) e leitura comparada de diagramas (2024/61–63, 2019/97): sem número; pergunte o que fica constante em cada trecho e de onde vem a área.
Tipo D em prosa ou desenho (2025/77, 2017/92): explique a isobárica e a isotérmica; desenhe o Otto.
Vizinhos disfarçados: rendimento, Carnot, kelvin nas razões e entropia são máquinas térmicas e segunda lei; pV=nRT e as leis de Boyle e Charles são transformações gasosas; o item 109 de 2011, que pedia a temperatura final da isobárica a→3 contando isotermas (126 °C + 5 × 10 °C = 176 °C), é a lei de Charles com a leitura de gráfico desta página.
Os erros que a prova planta
Oito tropeços, um por linha
Sinal de W trocado. Compressão é W<0 (o gás recebe trabalho) e faz ΔU subir; expansão é W>0 e faz ΔU descer. Bomba aquece, aerossol esfria.
“Isotérmica não troca calor.” Troca: ΔU=0 obriga Q=W. Expandir sem esfriar exige receber calor.
“Adiabática não muda a temperatura.” Muda, pelo trabalho: ΔU=−W. “Rápido” e “isentrópico” são adiabática.
“Comprimiu, esquentou, logo entrou calor.” Na adiabática, a temperatura sobe sem calor (2017/89, 2025/67). Pergunte de onde veio a energia.
Área sob a curva confundida com área do ciclo. Sob um trecho: trabalho do trecho. Dentro do ciclo: trabalho líquido da volta.
Calor líquido confundido com calor recebido. Num ciclo, Qlıˊq=Wlıˊq, mas o gás recebeu mais e devolveu parte. Só o recebido entra no rendimento.
Litro no lugar de metro cúbico.W=pΔV em joules exige Pa × m³; ou use o atalho 1 kPa·L = 1 J.
Graus Celsius em razão de temperaturas.U∝T só em kelvin: de 27 °C a 327 °C a energia interna dobra (300 K → 600 K), não multiplica por 12. Diferenças ΔT valem o mesmo nas duas escalas.
O essencial em meia página
Energia internaU: função de estado; no gás ideal depende só de T (monoatômico: U=23nRT=23pV); ΔU=nCvΔT. Calor e trabalho são trocas, dependem do caminho; um gás não “tem calor”.
Primeira lei:ΔU=Q−W, com Q>0 entrando e W>0 realizado pelo gás (expansão). Compressão: W<0. Sistema isolado: Q=W=0, ΔU=0.
Trabalho é área sob o caminho no diagrama p×V: retângulo na isobárica (W=pΔV), trapézio na reta; direita positivo, esquerda negativo, vertical zero. 1 kPa·L = 1 J.
Caminhos diferentes, mesma ΔU, Q e W diferentes (A → B: 500/200/350 J de trabalho, 1 200 J de ΔU nos três).
Expansão livre:Q=0, W=0, ΔU=0, temperatura igual (Joule, 1845); adiabática sem esfriar porque não há trabalho; irreversível.
Cp−Cv=R: a pressão constante o calor paga também a expansão; γ=Cp/Cv é a constante adiabática (5/3 monoatômico, 7/5 diatômico).
Erros que a banca planta: compressão adiabática que “esfria” ou que “recebeu calor”; adiabática “sem ΔT”; isotérmica “sem calor”; área do trecho × área do ciclo; calor líquido × calor recebido; litro × m³; Celsius em razões.
Exercícios temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.
Flashcards temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar os cartões de revisão.
A Primeira Lei da Termodinâmica Explicada
Ciência Todo Dia · 13:23
Introdução. Treze minutos animados do curso de Física Básica do canal (capítulo 6, episódio 2): a primeira lei como conservação de energia adaptada a sistemas termodinâmicos, a variação da energia interna como calor recebido menos trabalho realizado. É a seção “A conta que sempre fecha: ΔU = Q − W” desta página em linguagem de vídeo, para assistir antes de ler e fixar quem entra e quem sai.
Trabalho nas transformações gasosas — Termologia, aula 14
Professor Boaro · 27:11
Aprofundamento. Vinte e sete minutos dedicados só ao trabalho de um gás: força vezes deslocamento virando pressão vezes variação de volume, o sinal na expansão e na compressão e o trabalho como área no diagrama pressão × volume, transformação por transformação. Cobre as seções “Trabalho é a área sob a curva” e “Quatro transformações, uma linha cada” e sustenta os itens 2022/75 e 2019/96.
Experimento da compressão adiabática — princípio de funcionamento de motores de carros
Udesc Balneário Camboriú · 4:24
Aplicação. Quatro minutos de experimento caseiro: um gás comprimido rapidamente, sem tempo de trocar calor, esquenta a ponto de inflamar um pedaço de algodão, o princípio do motor de ignição por compressão. É a bomba de pneu e o motor a diesel da seção “Quatro transformações” vistos de perto, e a resposta física aos itens 2017/89 e 2025/67, que afirmam o contrário.
Primeira lei da Termodinâmica
Kuadro Oficial · 6:47
Resolução. Sete minutos com o enunciado da lei e um exercício resolvido em que a quantidade de calor fornecida ao gás é obtida a partir de um diagrama de trabalho: área no p × V primeiro, primeira lei depois. É o método das seções “Mesmos estados, contas diferentes” e “Ciclo fechado” aplicado a um item de vestibular, no mesmo formato dos exercícios desta página.
Trabalho feito sobre o gás sem tempo de trocar calor: Q≈0, W<0, ΔU=−W>0. O ar da bomba esquenta sem que uma caloria de calor tenha entrado; é a compressão adiabática, e o erro plantado nos itens 2017/89 e 2025/67 do PAS 2 é atribuir esse aquecimento a um ‘calor que entra’.A convenção desta página: Q>0 entra no gás; W>0 o gás realiza (expansão). Compressão é W<0 e faz a conta subir. Os quatro exemplos da tabela são os do texto. Diagrama autoral.Calor entra pela base (Q>0), trabalho sai pelo pistão (W>0) e a diferença fica como energia interna: ΔU=Q−W. No gráfico p×V, o trabalho é a área entre o caminho e o eixo dos volumes.O trabalho é a área entre o caminho e o eixo dos volumes: retângulo na isobárica, trapézio na reta inclinada. A área dá o módulo; o sentido do caminho dá o sinal. Diagrama autoral.As quatro transformações a partir do mesmo estado. Horizontal, vertical, hipérbole e uma curva mais íngreme que a hipérbole: em cada uma, a primeira lei perde um termo. Diagrama autoral.Mesmos estados A e B, mesma ΔU=1200 J, três trabalhos e três calores diferentes. O trabalho é a área sob cada caminho; o calor é o que a primeira lei obriga: Q=ΔU+W. Diagrama autoral.Ciclo retangular horário: expande por cima (500 J), volta por baixo (−200 J), saldo 300 J = área interna. Em uma volta ΔU=0, então o calor líquido também é 300 J; mas o gás recebeu 1 700 J e devolveu 1 400 J. Diagrama autoral.Expansão livre de Joule: sem calor (paredes isoladas), sem trabalho (expansão contra o vácuo), sem variação de energia interna e, no gás ideal, sem variação de temperatura. Diagrama autoral.Sistema quase isolado do ambiente: a energia elétrica entregue pela resistência vira energia interna da água e o termômetro sobe. É a versão de bancada do experimento das pás de Joule, que mostrou que trabalho aquece tanto quanto calor e fundou a primeira lei.Mesma amostra, mesmos 100 K, mesma ΔU. A pressão constante o gás também expande, e o calor precisa pagar o trabalho nRΔT: Cp−Cv=R. Diagrama autoral.O ciclo de Otto, modelo do motor a gasolina e a etanol: duas adiabáticas (sem calor, temperatura muda pelo trabalho) e duas isocóricas (sem trabalho, entra e sai calor). A banca pediu este traçado como tipo D em 2017 e, em 2025, trouxe-o impresso (figura II) para os itens 65 a 68 e 77. Diagrama autoral.No motor a diesel não há vela: a compressão adiabática, numa razão de 15 a 20 para 1, leva o ar a mais de 500 °C só pelo trabalho do pistão, e o óleo injetado pega fogo ao encontrá-lo. É a bomba de bicicleta levada ao limite.O experimento de Joule (1845): ao abrir a válvula, o gás de um vaso se expande para o vácuo do outro e o termômetro do banho não se move. Q=0, W=0, ΔU=0: a energia interna do gás ideal depende só da temperatura.O ciclo de Brayton do item de 2019: compressão adiabática no compressor (1 → 2), entrada de calor a pressão constante na câmara (2 → 3), expansão adiabática na turbina (3 → 4) e saída de calor a pressão constante no escape (4 → 1). Cada trecho é uma linha da tabela das quatro transformações.O gás que sai se expande contra o ar de fora, realiza trabalho e paga com energia interna: Q≈0, W>0, ΔU<0. A lata gela sem geladeira: é a expansão adiabática, o caminho inverso da bomba de pneu.O ar quente que sobe se expande contra o ar mais rarefeito ao redor: realiza trabalho, perde energia interna e esfria até o vapor condensar. As nuvens de tarde de Brasília são uma expansão adiabática em tamanho de céu.
Rota PAS 2
Leis da termodinâmica e máquinas térmicas · PAS 2
Fontes desta página
Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.
Rota PAS 2 — Leis da termodinâmica e máquinas térmicas · A primeira lei: calor, trabalho e a conta que sempre fecha (energia interna, ΔU = Q − W com a tabela de sinais da bomba de pneu, as quatro transformações, os exemplos da bomba/aerossol/cilindro, itens 2017/89 e 90, 2019/95 e 96, 2018/80, 2011/107 e 108, 2022/75, 2025/77 tipo D, armadilha adiabático × isotérmico); O diagrama p × V: área é trabalho, ciclo fechado é motor (área sob a curva, ciclo retangular de 400 J, catálogo Otto/Diesel/Brayton/Stirling/Carnot, itens 2017/92, 2025/66, 2024/61–63, 2019/97, 2015/91); Antes de começar: dez minutos de aquecimento (pressão × volume em joules, kelvin); Leia como na prova: um bloco de quinze itens (texto-base do motor a etanol, 2025/67); Como a banca cobra (histórico 2007–2025); Resolvidos (a bomba de encher pneu); Exercícios e Banco de treino (itens de nível 1, T5, T8, T14, T19)
Recorte por assunto: energia interna como função de estado, sinais, trabalho como área, quatro transformações, caminhos, ciclos (só a leitura pela primeira lei), expansão livre, Cp e Cv. A página acrescenta a tabela Q/W/ΔU trecho a trecho do ciclo retangular (recebido 1 800 J × rejeitado 1 400 J × líquido 400 J), o exemplo dos três caminhos com ΔU = 1 200 J, a expansão livre de Joule (1845), a dedução de Cp − Cv = R com o exemplo de 2 mol/100 K, o motor a diesel como compressão adiabática, a distinção sistema fechado × isolado (2022/70) e o item PAS 1 2010/94. Rendimento, Carnot, refrigerador e entropia ficam em maquinas-termicas-e-segunda-lei-da-termodinamica; pV = nRT, Boyle e Charles em transformacoes-gasosas; a cronologia (Joule, Mayer, Helmholtz) em historia-da-termodinamica. A versão anterior desta página (1 892 palavras, outro modelo) forneceu os exemplos numéricos (500/200 J, ciclo retangular, três caminhos, Cv/Cp de 2 mol) que foram conferidos e mantidos; a derivação de pV^γ e o cálculo de entropia foram retirados (fora do recorte do PAS: 'zero em cálculo de trabalho adiabático com expoente γ').
Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 2 2010 (itens 108 e 110, ciclo no plano T × S de um gás monoatômico), 2011 (itens 107, 108 e 109, diagrama de Clapeyron com isotermas de 10 °C), 2015 (item 91, motor Stirling), 2017 (itens 89, 90 e 92, motor híbrido a nitrogênio e ciclo de Otto tipo D), 2018 (item 80, avião de combate a queimadas), 2019 (itens 95, 96 e 97, ciclo de Brayton do helicóptero), 2022 (item 70, polônio de Marie Curie; item 75, gás ideal a pressão constante), 2024 (itens 61, 62 e 63, ciclos de Diesel e de Joule), 2025 (itens 66, 67 e 77, motor a etanol); PAS 1 2010 (item 94, variáveis de estado de um gás)
Itens reproduzidos verbatim dos cadernos em texto e conferidos na imagem dos PDFs (utils/material/PAS/provas/); gabaritos conferidos nos arquivos GAB e em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao[-pas2]/AAAA.json. As figuras impressas (diagrama de Clapeyron de 2011, chassi do motor híbrido de 2017, ciclo de Brayton e áreas A1/A2 de 2019, reta T × V de 2022, ciclos de Diesel e Joule de 2024, figuras I e II de 2025) foram descritas em texto neutro no suporte das questões, nomeando todos os rótulos impressos. Os itens 2010/108, 2010/110, 2015/91, 2018/80, 2025/66 e 2025/67 são reutilizados por GUID da página maquinas-termicas-e-segunda-lei-da-termodinamica. O item PAS 2 2013/92 foi deixado de fora (gabarito oficial questionável, registrado em historia-da-termodinamica).