Qual o significado físico do Covolume? Qual o significado físico da Pressão Interna?

Passo 1

O enunciado pede para entendermos o significado físico de covolume e de pressão interna no contexto de gases reais. O conteúdo envolve a equação de van der Waals e a energia interna U. Para isso vamos usar os conceitos de volume excluído por moléculas finitas e de derivada parcial da energia interna em relação ao volume.

Passo 2

No modelo de van der Waals a equação de estado para n mols é
l(P + a,n^2V^2r),(V - n,b) = n,R,T
O parâmetro b aparece subtraindo-se n,b de V e é chamado de covolume (ou volume excluído). Fisicamente, cada molécula ocupa um certo volume e não pode ser comprimida a zero. Quando duas moléculas se aproximam demais, suas “esferas” de ocupação não se sobrepõem. O covolume b é justamente o volume por mol que fica inacessível ao movimento livre dos centros moleculares.

Passo 3

A pressão interna PiT é definida por
PiT ;=;l(partial Upartial Vr)T,,
onde U é a energia interna do gás. Fisicamente, PiT mede quanto a energia interna varia quando modifico o volume a temperatura constante. Num gás ideal não há interação intermolecular e PiT=0. Num gás real de van der Waals, as interações atrativas fazem U depender de V e dá para mostrar que
PiT ;=; a,n^2V^2,
Isso significa que, ao expandir o gás, é preciso fornecer energia para vencer as atrações moleculares, e esse “efeito” aparece como uma pressão interna positiva.

Resposta

O covolume é o volume excluído por mol de moléculas finitas, ou seja, o espaço que não está disponível para o movimento livre dos centros moleculares.
A pressão interna PiT é a taxa de variação da energia interna U com o volume a temperatura constante,
PiT = l(tfracpartial Upartial Vr)T,
e reflete as forças intermoleculares (em van der Waals, PiT = a,n^2/V^2).

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