Discuta a sugestão de que o calor e o trabalho não são formas de energia, mas medidas da variação de energia.

Passo 1

O enunciado propõe refletir sobre a ideia de que o calor e o trabalho não seriam “formas de energia” armazenadas em um sistema, mas sim medidas de como a energia interna varia quando o sistema sofre uma transformação. Para discutir isso, vamos usar a Primeira Lei da Termodinâmica e o conceito de funções de estado versus funções de processo.

Passo 2

A Primeira Lei da Termodinâmica relaciona a variação da energia interna \Delta U com calor e trabalho trocados:
\Delta U = Q - W
onde Q é o calor recebido pelo sistema e W é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente. Aqui \Delta U é uma função de estado (depende apenas dos estados inicial e final), enquanto Q e W são funções de processo (dependem do caminho da transformação).

Passo 3

Funções de estado têm diferencial exata: existe uma função U tal que
\Delta U = U_{\text{final}} - U_{\text{inicial}}.
Já calor e trabalho não obedecem a isso: seus diferenciais são simbólicos ( \delta Q, \delta W), indicando que
\oint \delta Q \neq 0 \quad\text{e}\quad \oint \delta W \neq 0
num ciclo termodinâmico, mesmo que \oint dU = 0. Isso mostra que Q e W não são grandezas de estado, mas medidas de transferência de energia.

Passo 4

Exemplo prático: imagine um gás ideal que se expande de V_1 a V_2. Se a expansão for isotérmica, ele absorve calor Q_{\text{iso}} e faz trabalho W_{\text{iso}}, satisfazendo
\Delta U = 0 = Q_{\text{iso}} - W_{\text{iso}} \quad\Rightarrow\quad Q_{\text{iso}} = W_{\text{iso}}.
Se a mesma variação de volume for adiabática, Q_{\text{adi}}=0 e o trabalho W_{\text{adi}} provém totalmente da diminuição de U. Em ambas as rotas, a variação \Delta U é a mesma função de estado, mas Q e W mudam conforme o processo.

Passo 5

Como calor e trabalho dependem do caminho, eles não podem ser “armazenados” em um sistema: não existe “quantidade de calor contida” numa certa condição de equilíbrio. O que existe é a energia interna U. Calor e trabalho são, portanto, medidas de quanta energia interna foi transferida para ou de um sistema durante um processo.

Resposta

Calor e trabalho não são formas de energia no sistema, mas sim formas de medir a variação da energia interna ( \Delta U) quando o sistema troca energia com o ambiente em diferentes processos.

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