Uma massa de água é aquecida a pressão constante, de
até
. Explicar cuidadosamente por que é errado dizer que a água a
contém mais calor que a
. É correto dizer que a água tem mais energia interna a
que a
Por que sim? Ou por que não?
Passo 1
O enunciado diz que uma massa de água é aquecida, a pressão constante, de
até
. A pergunta pede para explicar por que é equivocado dizer que “a água a
contém mais calor” que a
e se faz sentido afirmar que a água a
tem mais energia interna que a
. Vamos usar conceitos de termodinâmica: definição de calor, de função de estado e a Primeira Lei (variação de energia interna).
Passo 2
Calor (
) é energia em trânsito, ou seja, é um processo: não é propriedade do sistema. Em termodinâmica escrevemos o elemento de calor como
, que é um diferencial inexato, pois depende do caminho pelo qual o sistema foi levado de um estado inicial a um estado final. Como
não é diferencial exato, não existe uma função de estado “calor” cujo valor possamos atribuir a um corpo em equilíbrio. Por isso é errado dizer que a água “contém” calor: calor não fica armazenado, calor apenas entra ou sai durante o aquecimento.
Energia interna (
) é uma função de estado: seu valor depende apenas do estado termodinâmico (por exemplo, temperatura e pressão). A Primeira Lei diz
onde
é o trabalho recebido pelo sistema. A pressão é constante, então
, e
Integrando de
a
,
Passo 3
Para a água líquida a pressão ambiente, a variação volumétrica
é muito pequena, e o calor fornecido é
. Logo
Isso mostra que
. Em outras palavras, ao aquecermos, o corpo recebe calor (
) e aumenta sua energia interna.
Passo 4
Concluindo:
– É incorreto dizer que a água “contém mais calor” a , porque calor não é uma propriedade de estado, mas sim energia em trânsito.
– É correto dizer que a água a tem mais energia interna do que a
, pois
é função de estado e cresce com a temperatura; o aquecimento aumenta
de forma mensurável.
– É incorreto dizer que a água “contém mais calor” a
– É correto dizer que a água a
Resposta
Não se diz que a água “contém mais calor” porque calor (
) é processo e não função de estado. Já a energia interna (
) é função de estado e, ao aquecer de
para
, ocorre
, de modo que a água a
realmente possui mais energia interna do que a
.