Енергиявътрешен е сумата от кинетични енергии и потенциал, свързан с движението на съставните атоми и молекули на тялото. Вътрешната енергия също е право пропорционална на температура на тялото. Това е скаларна величина, измерена в джаули (SI) и определена като функция от променливи като натиск (P), сила на звука (V) и температура термодинамика (Т) на система, в Келвин (К).
Колкото по-висока е температурата на тялото, толкова по-голяма е неговата вътрешна енергия, следователно, толкова по-голяма е способността му да върши някаква работа. Освен това, вътрешната енергия на едноатомните газове, например, се дава изключително от сумата на кинетична енергия на всеки атом от газа. Когато се работи с молекулни газове, като двуатомни газове, трябва да се вземат предвид молекулярните взаимодействия и, за това, вътрешната енергия се определя от сумата от кинетичната енергия на молекулите с потенциалната енергия, съществуваща между тях те.
Не спирайте сега... Има още след рекламата;)
Вътрешна енергия на идеални едноатомни газове
Тъй като няма взаимодействие между атомите на идеалния едноатомен газ, неговата вътрешна енергия зависи изключително от две променливи: броя на бенките (n) и температурата на газа (T). Гледам:
U - вътрешна енергия
не - брой бенки
R - универсална константа на перфектни газове
T - температура
В уравнението по-горе, R той има модул от 0,082 атм. L / mol. K или 8,31 J / mol. K (SI). Също така, можем да напишем горното уравнение по отношение на други величини, като налягане и обем. За това трябва да помним Уравнение на Клапейрон, използвани за идеални газове.
Заменяйки горното уравнение с предишното, ще имаме следния израз за изчисляване на вътрешната енергия:
Вижсъщо:Какво е перфектен газ?
Като се вземат предвид горните уравнения, е възможно да се определи връзката между кинетичната енергия на атомите на идеалния едноатомен газ и неговата температура. За това ще заявим, че кинетичната енергия на този вид газ е чистокинетика. Гледам:
м - тестени изделия
не - брой мол
М - моларна маса
В много ситуации е интересно да се знае как да се изчисли вариацията на вътрешната енергия (ΔU) на даден газ, тъй като това количество показва дали газът получил е или предадох се енергия. Ако варирането на вътрешната енергия на газа е положително (ΔU> 0), газът ще получи енергия; в противен случай (ΔU <0) газът ще се е отказал от част от енергията си.
Вътрешна енергийна вариация по отношение на варирането на обема на газа.
Вътрешна енергия за двуатомни газове
За идеални двуатомни газове вътрешната енергия се дава от малко по-различно уравнение.
Вътрешна енергия при термодинамични трансформации и цикли
Според 1-ви закон на термодинамиката, вътрешната енергия на идеалния газ може да варира при определени термодинамични трансформации, в зависимост от количеството топлообмен между околната среда и системата, както и работата, извършена от или върху системата.
Въпрос: - топлина
τ - работа
След това нека разгледаме формата, която този закон приема за някои конкретни термодинамични трансформации.
Вижсъщо:История на термичните машини
→ Вътрешна енергия: изотермична трансформация
В изотермична трансформация, няма промяна на температурата и следователно вътрешната енергия остава постоянна.
В този случай цялото количество топлина, което се обменя със системата, се превръща в работа и обратно.
→ Вътрешна енергия: изоволуметрично преобразуване
В изоволуметрично преобразуване, не е възможно да се извърши работа, тъй като системата е затворена в твърд и неразтегаем контейнер. В този случай цялото количество топлина, което се обменя със системата, директно променя нейната вътрешна енергия.
→ Вътрешна енергия: изобарна трансформация
При този тип трансформация системата е подложена на a постоянен натискследователно работата, извършена от него или върху него, може да бъде изчислена аналитично.
→ Вътрешна енергия: адиабатна трансформация
В адиабатни трансформации, няма топлообмен между системата и заобикалящата я среда, следователно варирането на вътрешната енергия зависи изключително от работата, извършена от или от системата.
Вътрешна енергия в циклични процеси
Във всеки цикличен процес термодинамичното състояние на системата, представено от нейните променливи за налягане, обем и температура (P, V, T), е трансформиран, но в крайна сметка се връща в първоначалното състояние (P, V, T), следователно вариацията на вътрешната енергия в този тип процес винаги е нула (ΔU = 0).
Вижсъщо:Циклични трансформации
Погледнете графиката по-долу, която показва три различни термодинамични трансформации между състояния A и B.
Тъй като трите трансформации (I, II и III) напускат състояние A и преминават в състояние B, вътрешното изменение на енергията трябва да бъде равно за всички тях, следователно:
Упражнения за вътрешна енергия
1) Два мола идеален двуатомен газ, с моларна маса, равна на 24 g / mol, се намират при температура 500 K вътре в затворен, твърд контейнер с обем, равен на 10-3 m³. Определи:
а) Модулът на вътрешната енергия на този газ в джаули.
б) Налягането, което газът оказва върху стените на контейнера.
Резолюция:
The) Тъй като това е идеален и двуатомен газ, ще използваме формулата по-долу, за да изчислим вътрешната му енергия:
Като вземем данните, които са били информирани в декларацията за упражнението, ще имаме следното изчисление, което трябва да бъде решено:
Б) Можем да определим налягането, което газът упражнява, след като разберем обема на неговия съд: 10-3 m³. За целта ще използваме следната формула:
От мен Рафаел Хелерброк
