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.

Exercícios relacionados

Considere um sistema constituído por um mol de gás ideal monoatômico contido num recipiente dotado de pistão. Qual será a variação da temperatura do gás se e durante um processo?
Um campo elétrico uniforme existe em todos os lugares no plano . Esse campo elétrico tem uma magnitude de e está direcionado na direção positiva de . Uma carga pontual de é colocada na origem. Determine a magnitude do campo elétrico líquido em (a) ,
Calcule o fluxo elétrico através de um cilindro fechado de comprimento e raio , centrado no eixo .
Uma máquina que pudesse se mover infinitamente sem precisar de energia é também chamada um moto perpétuo. Escreva porquê a construção de um moto perpétuo violaria o primeiro princípio da termodinâmica.