Dê uma definição para os seguintes termos: Trabalho, Calor, Energia e Entalpia. Quais deles são funções de estado?

Passo 1

O enunciado pede definições de quatro conceitos básicos de termodinâmica – trabalho, calor, energia interna e entalpia – e quer saber quais desses são funções de estado. Para resolver, vamos lembrar a ideia de “função de estado” (que só depende do estado atual do sistema) e de “função de caminho” (que depende de como o processo foi realizado).

Passo 2

Trabalho é a energia transferida entre sistema e vizinhança por meio de forças que atuam através de deslocamentos de uma fronteira. Em termodinâmica de engenharia, o trabalho mais comum é o trabalho de pressão–volume, definido infinitesimalmente por
\delta W = p\,dV
onde p é a pressão externa que age na fronteira e dV é a variação de volume. Como \delta W depende do caminho (ou seja, de como o volume varia), trabalho não é função de estado.

Passo 3

Calor é a energia transferida entre sistema e vizinhança devido a uma diferença de temperatura. Denotamos um pequeno aporte de calor por \delta Q. Assim como trabalho, calor também depende do caminho percorrido pelo processo (por exemplo, se a transferência é lenta ou rápida, por condução ou convecção). Portanto, calor não é função de estado.

Passo 4

Energia interna, normalmente representada por U, é a soma de todas as energias microscópicas presentes no sistema: energia cinética de translação, rotação e vibração das moléculas, mais energia potencial de interação entre elas. A energia interna depende apenas do estado termodinâmico (por exemplo, temperatura, pressão, composição) e não de como se chegou a esse estado. Logo, U é função de estado.

Passo 5

Entalpia, representada por H, é definida como
H = U + p\,V
onde p é a pressão do sistema e V seu volume. A entalpia também depende somente do estado atual ( U, p, V são variáveis de estado), sendo muito útil em processos a pressão constante. Por isso, H é função de estado.

Passo 6

Resumindo o caráter de cada quantia em termos de função de estado: trabalho e calor são funções de caminho (não funções de estado), enquanto energia interna U e entalpia H são funções de estado.

Resposta

Trabalho: energia transferida por forças agindo sobre a fronteira do sistema; não é função de estado.
Calor: energia transferida devido a diferença de temperatura; não é função de estado.
Energia interna U: soma das energias microscópicas do sistema; é função de estado.
Entalpia H: definida por H=U+pV; é função de estado.
Funções de estado: energia interna e entalpia.

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