29 A entalpia de um sistema é uma grandeza, expressa em unidade de energia, que informa a quantidade de energia desse sistema que poderia ser transformada em calor em um processo a pressão constante.

Passo 1

O enunciado afirma: “A entalpia de um sistema é uma grandeza, expressa em unidade de energia, que informa a quantidade de energia desse sistema que poderia ser transformada em calor em um processo a pressão constante.”\n
Informações fornecidas pelo enunciado: (1) a entalpia é uma grandeza com unidade de energia; (2) a entalpia “informa a quantidade de energia que poderia ser transformada em calor” em processo a pressão constante.\n
O que nos é pedido implicitamente: avaliar se essa afirmação é correta e explicar por quê, incluindo as condições em que vale.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar a primeira lei da termodinâmica para um sistema fechado, que relaciona energia interna, calor e trabalho. A forma mais usada é:
\Delta U = Q - W
Explique o que cada símbolo significa:
  • \Delta U é a variação da energia interna do sistema (unidade: energia).
  • Q é o calor trocado pelo sistema com o ambiente (positivo se entra no sistema).
  • W é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente (positivo se o sistema realiza trabalho).
    Essa é a conta básica de “balanço de energia” que precisamos usar.

Passo 3

Agora definimos entalpia. A entalpia H de um sistema é uma função de estado definida por:
H = U + pV
Explique as variáveis:
  • H é a entalpia (unidade: energia, por exemplo joules).
  • U é a energia interna.
  • p é a pressão do sistema.
  • V é o volume do sistema.
    A entalpia é uma combinação conveniente porque, em processos a pressão constante, sua variação aparece naturalmente ligada ao calor trocado.

Passo 4

Vamos calcular a variação de entalpia \Delta H. Como H = U + pV, para uma variação temos:
\Delta H = \Delta U + \Delta(pV).
Se a pressão p for constante, \Delta(pV) = p\,\Delta V. Então:
\Delta H = \Delta U + p\,\Delta V.

Passo 5

Substituímos \Delta U usando a primeira lei. Para processos em que o único trabalho é o trabalho de pressão (trabalho PV), temos W = p\,\Delta V. Usando \Delta U = Q - W, obtemos:
\Delta U = Q - p\,\Delta V.
Substituindo em \Delta H:
\Delta H = (Q - p\,\Delta V) + p\,\Delta V.
As parcelas p\,\Delta V se cancelam, sobrando
\Delta H = Q.
Aqui Q é o calor trocado no processo. Se queremos enfatizar que é calor a pressão constante, escrevemos Q_p e então:
\Delta H = Q_p.

Passo 6

Interpretação física e ressalvas: a fórmula \Delta H = Q_p mostra que, para um sistema fechado em que a pressão é mantida constante e em que o único trabalho realizado é o trabalho de expansão/compressão p\,\Delta V, a variação de entalpia é exatamente o calor trocado com o ambiente. Portanto, a entalpia (mais precisamente a variação de entalpia \Delta H) informa a quantidade de energia que entra ou sai do sistema na forma de calor sob essas condições. Algumas observações importantes:
  • A igualdade vale para processos a pressão constante e sem outros tipos de trabalho (por exemplo, trabalho elétrico, trabalho de agitação, etc.). Se existirem outros trabalhos, a relação direta \Delta H = Q_p falha.
  • A entalpia H em si é uma “função de estado”: o que importa experimentalmente é a variação \Delta H, que é o que se relaciona com o calor.
  • A expressão do enunciado diz “poderia ser transformada em calor” — é razoável entender isso como: a variação de energia associada à entalpia é a quantidade de energia trocada como calor quando o processo ocorre a pressão constante.

Passo 7

Exemplo numérico pequeno (para fixar): suponha um processo a pressão constante em que o sistema recebe Q_p = 300 J de calor e realiza apenas trabalho de expansão p\,\Delta V = 80 J. Então \Delta U = Q - W = 300 - 80 = 220 J e
\Delta H = \Delta U + p\,\Delta V = 220 + 80 = 300\\ \text{J},
confirmando \Delta H = Q_p.

Resposta

Verdadeiro.

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