2A.2(b) Quais são funções de estado: (i) volume, (ii) calor, (iii) energia interna, (iv) massa específica?

Passo 1

O enunciado pergunta quais das grandezas abaixo são funções de estado em termodinâmica: (i) volume, (ii) calor, (iii) energia interna e (iv) massa específica. O conteúdo da matéria são propriedades termodinâmicas de sistema, distinguindo entre funções de estado (dependem apenas do estado) e variáveis de percurso (dependem do caminho).

Passo 2

Função de estado é uma grandeza cujo valor depende exclusivamente do estado termodinâmico do sistema, ou seja, das variáveis de estado (por exemplo, pressão, temperatura, volume, composição) e não do processo ou caminho percorrido para se atingir esse estado.

Passo 3

Analisando (i) e (ii):
  • O volume V caracteriza a extensão do sistema em certo estado; seu valor só depende das variáveis de estado, logo é função de estado.
  • O calor Q transfere-se conforme o caminho do processo (é energia em trânsito), e seu valor depende do percurso, não apenas dos estados inicial e final. Portanto, não é função de estado.

Passo 4

Analisando (iii) e (iv):
  • A energia interna U é definida como a soma das energias microscópicas do sistema e satisfaz \mathrm{d}U = \delta Q - \delta W; é exclusiva do estado, ou seja, função de estado.
  • A massa específica (densidade) \rho = \frac{m}{V} resulta de duas propriedades de estado m e V, portanto também depende apenas do estado e é função de estado.

Resposta

(i) Volume: função de estado.
(ii) Calor: não é função de estado.
(iii) Energia interna: função de estado.
(iv) Massa específica: função de estado.

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