Estados Termodinâmicos e Funções de Estado | Capítulo 1 | Termodinâmica para Estudantes de Física

Capítulo 1 · Item 1.7

Estados Termodinâmicos e Funções de Estado

O que caracteriza um estado · Funções de estado vs grandezas de caminho

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Estado Termodinâmico

Um sistema em equilíbrio é completamente caracterizado por um conjunto de variáveis macroscópicas: pressão $P$ , volume $V$ , temperatura $T$ e composição. Cada conjunto de valores define um estado.

Quando o sistema sofre uma transformação, ele evolui de um estado inicial para um estado final, podendo percorrer diferentes caminhos intermediários.

Função de Estado — Definição

Uma grandeza é função de estado se seu valor depende exclusivamente do estado atual do sistema — independentemente de como esse estado foi atingido.

Analogia com altitude: A diferença de altura entre o pico de uma montanha e o vale é sempre a mesma, não importa se você subiu pela trilha curta ou pelo caminho longo. Analogamente,

Δ U

entre dois estados é sempre o mesmo, seja qual for o processo.

Energia interna

U

Entropia

S

Entalpia

H

Temperatura

T

Pressão

P

Volume

V

Grandezas Dependentes do Caminho

Calor $δ Q$ e trabalho $δ W$ não são funções de estado. Dois processos que conectam os mesmos estados inicial e final podem envolver quantidades completamente diferentes de $δ Q$ e $δ W$ , embora $Δ U$ seja sempre o mesmo.

Calor

δ Q

Trabalho

δ W

Notação formal

Diferencial exata (função de estado):

d U, d S, d T

Diferencial inexata (caminho):

δ Q, δ W

Consequência Prática

Para calcular $Δ U$ , basta conhecer os estados inicial e final — o caminho não importa. Para calcular $δ Q$ ou $δ W$ , é preciso especificar o processo completo. A 1ª Lei conecta essas três grandezas:

d U = δ Q + δ W