Explique porquê a definição de
e suas propriedades (o fato de U ser uma função de estado) pode ser interpretada como decorrência da experiência de Joule.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão quer que a gente explique por que a definição de
(a variação da energia interna) e suas propriedades, especialmente o fato de
ser uma função de estado, estão ligadas às experiências feitas por Joule. Vamos precisar entender o que é energia interna, função de estado, e o que Joule descobriu com seus experimentos sobre calor e trabalho.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é energia interna (
). É a energia total que está dentro de um sistema, incluindo energia cinética e potencial das moléculas. A variação dessa energia (
) ocorre quando há troca de calor ou trabalho com o ambiente.
Passo 3
Agora, função de estado: isso quer dizer que a energia interna depende apenas do estado atual do sistema, não de como ele chegou lá. Ou seja, só interessa as condições iniciais e finais, não o caminho percorrido.
Passo 4
James Prescott Joule realizou experimentos no século XIX mostrando que o trabalho mecânico podia ser convertido em calor. Ele mediu que, ao realizar trabalho em um sistema, a temperatura aumentava de forma previsível, indicando que a energia estava sendo transferida de uma forma mensurável e consistente.
Passo 5
A partir dos experimentos de Joule, percebe-se que a energia interna não depende de como o trabalho foi realizado, mas apenas das mudanças de energia envolvidas. Isso reforça a ideia de que
é uma função de estado, já que diferentes caminhos para alcançar o mesmo estado final resultam na mesma variação de energia interna.
Resposta
Portanto, a definição de
como variação da energia interna e sua característica de ser uma função de estado são consequência direta das experiências de Joule, que demonstraram que a energia interna depende apenas do estado final e inicial do sistema, não do caminho utilizado para a transferência de energia.
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