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
. 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
mols é
O parâmetro
aparece subtraindo-se
de
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
é justamente o volume por mol que fica inacessível ao movimento livre dos centros moleculares.
Passo 3
A pressão interna
é definida por
onde
é a energia interna do gás. Fisicamente,
mede quanto a energia interna varia quando modifico o volume a temperatura constante. Num gás ideal não há interação intermolecular e
. Num gás real de van der Waals, as interações atrativas fazem
depender de
e dá para mostrar que
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 é a taxa de variação da energia interna
com o volume a temperatura constante,
A pressão interna
e reflete as forças intermoleculares (em van der Waals,
).