É possível a existência de uma substância com capacidade calorífica negativa?
a) Não, pois contraria a Termodinâmica.
b) Sim, todas as substâncias têm capacidades caloríficas negativas.
c) Sim, embora a maioria das substâncias apresente capacidade calorífica positiva.
d) Sim, mas apenas para a capacidade calorífica a volume constante.
e) Sim, mas apenas para a capacidade calorífica a pressão constante.
a) Não, pois contraria a Termodinâmica.
b) Sim, todas as substâncias têm capacidades caloríficas negativas.
c) Sim, embora a maioria das substâncias apresente capacidade calorífica positiva.
d) Sim, mas apenas para a capacidade calorífica a volume constante.
e) Sim, mas apenas para a capacidade calorífica a pressão constante.
Passo 1
O enunciado pergunta se pode existir substância com capacidade calorífica negativa. O assunto é calorimetria na Termodinâmica, em que usamos as definições de
onde
é a energia interna e
a entalpia.
Passo 2
Em sistemas termodinâmicos usuais, a estabilidade exige que a energia interna seja uma função convexa em relação à entropia, o que implica
Por isso, para substâncias extensivas e de curto alcance intermolecular, sempre encontramos
e
.
Passo 3
Entretanto, há sistemas em que as hipóteses de extensividade ou de “curto alcance” falham, como sistemas autogravitantes (estrelas, aglomerados) ou pequenos aglomerados atômicos isolados. Nesses casos, perde-se a convexidade usual e pode ocorrer
Passo 4
Logo, embora a esmagadora maioria das substâncias apresente capacidade calorífica positiva, existem casos (não materiais comuns, mas sistemas gravitoestáticos ou microcanônicos) em que
.
Resposta
c) Sim, embora a maioria das substâncias apresente capacidade calorífica positiva.