Questão 110 do Enem 2020 PPL: por que a expansão adiabática esfria o nitrogênio

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 expansão adiabática viabiliza o resfriamento do N₂ porque

1. Aa entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
2. Ba saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
3. Ca variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema.
4. Da variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema.
5. Eo trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

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