Energiasisäinen on summa kineettiset energiat ja potentiaali, joka liittyy kehon muodostavien atomien ja molekyylien liikkumiseen. Sisäinen energia on myös suoraan verrannollinen energiaan lämpötila kehosta. Se on skalaarimäärä, joka mitataan jouleina (SI) ja määritetään muuttujien funktiona, kuten paine (P), äänenvoimakkuus (V) ja lämpötila järjestelmän termodynamiikka (T), Kelvinissä (K).
Mitä korkeampi ruumiin lämpötila on, sitä suurempi on sen sisäinen energia, sitä suurempi on sen kyky tehdä työtä. Lisäksi esimerkiksi monoatomisten kaasujen sisäisen energian antaa yksinomaan hiilidioksidien summa kineettinen energia kaasun jokaisesta atomista. Molekyylikaasujen, kuten piimaakaasujen, käsittelyssä on otettava huomioon molekyylivuorovaikutukset ja tämä, sisäinen energia määräytyy molekyylien kineettisen energian ja niiden välisen potentiaalienergian summalla ne.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Ihanteellisten monoatomisten kaasujen sisäinen energia
Koska ihanteellisen monoatomisen kaasun atomien välillä ei ole vuorovaikutusta, sen sisäinen energia riippuu yksinomaan kahdesta muuttujasta: moolien lukumäärästä (n) ja kaasun lämpötilasta (T). Katsella:
U - sisäinen energia
ei - moolien lukumäärä
R - täydellisten kaasujen yleinen vakio
T - lämpötila
Yllä olevassa yhtälössä R sen moduuli on 0,082 atm. L / mol. K tai 8,31 J / mol. K (SI). Voimme myös kirjoittaa yllä olevan yhtälön muina määrinä, kuten paine ja tilavuus. Siksi meidän on muistettava Clapeyronin yhtälö, käytetään ihanteellisille kaasuille.
Korvaamalla yllä oleva yhtälö edelliselle, meillä on seuraava lauseke sisäisen energian laskemiseksi:
Katsomyös:Mikä on täydellinen kaasu?
Edellä olevat yhtälöt huomioon ottaen on mahdollista määrittää suhde ihanteellisen monoatomisen kaasun atomien kineettisen energian ja sen lämpötilan välillä. Tätä varten ilmoitamme, että tämän tyyppisen kaasun kineettinen energia on puhtaastikinetiikka. Katsella:
m - pasta
ei - moolinumero
M - moolimassa
Monissa tilanteissa on mielenkiintoista tietää, miten lasketaan kaasun sisäisen energian (ΔU) vaihtelu, koska tämä määrä osoittaa, onko kaasu on saanut tai luovutti energiaa. Jos kaasun sisäisen energian vaihtelu on ollut positiivista (ΔU> 0), kaasu on vastaanottanut energiaa; muuten (ΔU <0), kaasu on luopunut osasta energiaa.
Sisäinen energian vaihtelu kaasun tilavuusvaihteluissa.
Sisäinen energia piimaa varten
Ihanteellisille piimaaille sisäisen energian antaa hieman erilainen yhtälö.
Sisäinen energia termodynaamisissa muunnoksissa ja jaksoissa
Mukaan 1. termodynamiikan laki, ihanteellisen kaasun sisäinen energia voi vaihdella tietyissä termodynaamiset muunnokset, riippuen ympäristön ja järjestelmän välillä vaihdetusta lämmön määrästä sekä järjestelmän tai sen suorittamasta työstä.
Q - lämpö
τ - työ
Seuraavaksi tarkastellaan muotoa, jonka tämä laki ottaa tietyille termodynaamisille muutoksille.
Katsomyös:Lämpökoneiden historia
→ Sisäinen energia: isoterminen muutos
Klo isoterminen muutos, lämpötilan muutosta ei tapahdu, ja siksi sisäinen energia pysyy vakiona.
Tässä tapauksessa koko järjestelmän kanssa vaihdettava lämmön määrä muutetaan työksi ja päinvastoin.
→ Sisäinen energia: isovolumetrinen muutos
Klo isovolumetrinen muutos, ei ole mahdollista suorittaa töitä, koska järjestelmä on suljettu jäykkään ja edulliseen säiliöön. Tässä tapauksessa koko järjestelmän kanssa vaihdettava lämmön määrä muuttaa suoraan sen sisäistä energiaa.
→ Sisäinen energia: isobaarinen muutos
Tämän tyyppisessä muunnoksessa järjestelmälle tehdään a jatkuva paineSiksi hänen tai hänen tekemänsä työ voidaan laskea analyyttisesti.
→ Sisäinen energia: adiabaattinen transformaatio
vuonna adiabaattiset muunnokset, järjestelmän ja sen ympäristön välillä ei ole lämmönvaihtoa, joten sisäisen energian vaihtelu riippuu yksinomaan järjestelmän tai sen tekemästä työstä.
Sisäinen energia syklisissä prosesseissa
Jokaisessa syklisessä prosessissa järjestelmän termodynaaminen tila, jota edustavat sen paine-, tilavuus- ja lämpötilamuuttujat (P, V, T), on muuttunut, mutta lopulta palaa alkuperäiseen tilaan (P, V, T), siksi sisäisen energian vaihtelu tämän tyyppisessä prosessissa on aina nolla (ΔU = 0).
Katsomyös:Sykliset transformaatiot
Katso alla olevaa kaaviota, joka näyttää kolme erillistä termodynaamista muunnosta tilojen A ja B välillä.
Kun nämä kolme muunnosta (I, II ja III) lähtevät tilasta A ja menevät tilaan B, sisäisen energian vaihtelun on oltava yhtä suuri kaikille niille, joten:
Sisäiset energiaharjoitukset
1) Kaksi moolia ihanteellista piimaakaasua, jonka moolimassa on 24 g / mol, löytyy 500 K: n lämpötilassa suljetussa, jäykässä astiassa, jonka tilavuus on 10-3 m³. Määritä:
a) Tämän kaasun sisäisen energian moduuli jouleina.
b) Paine, jonka kaasu aiheuttaa säiliön seinämiin.
Resoluutio:
) Koska se on ihanteellinen ja piimaa, käytämme alla olevaa kaavaa sen sisäisen energian laskemiseen:
Kun otetaan huomioon harjoitusselvityksessä ilmoitetut tiedot, meillä on seuraava ratkaisu ratkaistavaksi:
B) Voimme määrittää kaasun aiheuttaman paineen, kun tiedämme sen säiliön tilavuuden: 10-3 m³. Tätä varten käytämme seuraavaa kaavaa:
Minun luona. Rafael Helerbrock
