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 U como a soma de todas as energias das N partículas do sistema. Em notação de Mecânica Estatística,
U = sumi=1^N gl(12mi vi^2 + sumjneq i V(ri,rj)gr),
onde tfrac12mi vi^2 é a energia cinética da partícula i e V(ri,rj) é o potencial de interação entre i e j.

Passo 3

A energia cinética molecular se decompõe em:
  • translação: tfrac12m v^2 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 De<a U 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 U 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.

Exercícios relacionados