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.
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:
Explique o que cada símbolo significa:
-
é a variação da energia interna do sistema (unidade: energia). -
é o calor trocado pelo sistema com o ambiente (positivo se entra no sistema). -
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
de um sistema é uma função de estado definida por:
Explique as variáveis:
-
é a entalpia (unidade: energia, por exemplo joules). -
é a energia interna. -
é a pressão do sistema. -
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
. Como
, para uma variação temos:
Se a pressão
for constante,
. Então:
Passo 5
Substituímos
usando a primeira lei. Para processos em que o único trabalho é o trabalho de pressão (trabalho PV), temos
. Usando
, obtemos:
Substituindo em
:
As parcelas
se cancelam, sobrando
Aqui
é o calor trocado no processo. Se queremos enfatizar que é calor a pressão constante, escrevemos
e então:
Passo 6
Interpretação física e ressalvas: a fórmula
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
, a variação de entalpia é exatamente o calor trocado com o ambiente. Portanto, a entalpia (mais precisamente a variação de entalpia
) 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
falha. - A entalpia
em si é uma “função de estado”: o que importa experimentalmente é a variação , 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
J de calor e realiza apenas trabalho de expansão
J. Então
J e
confirmando
.
Resposta
Verdadeiro.