17.4 Discuta a sugestão de que o calor e o trabalho não são formas de energias, mas medidas da variação de energia.
Passo 1
O enunciado pede para discutir a ideia de que o calor e o trabalho não são “formas de energia” armazenadas, mas sim medidas da variação de energia de um sistema. O conteúdo envolve a Primeira Lei da Termodinâmica, distinção entre funções de estado e funções de caminho, e o conceito de transferência de energia.
Passo 2
A Primeira Lei diz que a variação infinitesimal da energia interna de um sistema é dada por
onde
é um diferencial exato (função de estado), enquanto
e
são diferenciais não exatos (funções de caminho). Isso já mostra que calor e trabalho dependem do processo, não apenas dos estados inicial e final.
Passo 3
Funções de estado (como
) têm valor bem definido em qualquer equilíbrio, independe do caminho. Já
e
não se somam independente do percurso: o valor total entregue como calor ou trabalho varia se mudamos o caminho. Em termos práticos, não existe “quantidade de calor contida” no sistema, mas sim “quantidade de energia transferida como calor” durante a transformação.
Passo 4
Na prática, quando um gás se expande contra uma pressão, fazemos
o que mede energia que sai do sistema como trabalho. Analogamente, se aquecemos o sistema,
mede energia que entra por condução, convecção ou radiação. Em ambos os casos estamos quantificando transferência, nunca “armazenando calor” ou “armazenando trabalho” dentro do corpo.
Passo 5
Como calor e trabalho só fazem sentido ao descrever uma transformação (um caminho no espaço de estados), eles não se classificam como formas de energia no interior do sistema, mas sim como modalidades pelas quais a energia interna ou a entalpia variam.
Resposta
Calor e trabalho não são formas de energia armazenadas, mas sim quantificações de energia transferida durante uma transformação termodinâmica, ou seja, medidas da variação de uma função de estado (como
ou
).