d) Como é possível interpretar microscopicamente a Energia Interna?
Passo 1
O enunciado pede para interpretarmos microscopicamente a energia interna de um sistema termodinâmico. O conteúdo é Termodinâmica/Mecânica Estatística e vamos usar a ideia de que, ao nível molecular, toda forma de energia armazenada pelas partículas (cinética e potencial) conta para a energia interna.
Passo 2
Microscopicamente, definimos a energia interna
como a soma de todas as energias das
partículas do sistema. Em notação de Mecânica Estatística,
onde
é a energia cinética da partícula
e
é o potencial de interação entre
e
.
Passo 3
A energia cinética molecular se decompõe em:
- translação:
para movimento de centro de massa, - rotação: energia associada aos momentos de inércia nos eixos moleculares,
- vibração: energia das oscilações dos átomos em ligações químicas.
Passo 4
A energia potencial inclui:
- forças intermoleculares (Lennard-Jones, dipolo–dipolo etc.),
- energia de ligação intramolecular (química),
- contribuições de longo alcance (carga elétrica, retículo cristalino).
Passo 5
Como função de estado, toda variação
em um processo reflete a mudança agregada dessas energias microscópicas. Isso explica por que o calor e o trabalho trocados afetam o movimento e as interações moleculares.
Resposta
Microscopicamente, a energia interna
é a soma de todas as energias cinéticas (translacionais, rotacionais e vibracionais) e de todas as energias potenciais (interações intermoleculares e ligações químicas) das partículas que compõem o sistema.