Énergieinterne est la somme de énergies cinétiques et le potentiel lié au mouvement des atomes et molécules constitutifs d'un corps. L'énergie interne est également directement proportionnelle à la Température du corps. C'est une grandeur scalaire mesurée en Joules (SI) et déterminée en fonction de variables telles que pression (P), le volume (V) et Température thermodynamique (T) d'un système, en Kelvin (K).
Plus la température d'un corps est élevée, plus son énergie interne est grande, donc plus sa capacité à faire un travail est grande. De plus, l'énergie interne des gaz monoatomiques, par exemple, est donnée exclusivement par la somme des énergie cinétique de chaque atome du gaz. Lorsqu'il s'agit de gaz moléculaires, tels que les gaz diatomiques, il faut tenir compte des interactions moléculaires et, pour ceci, l'énergie interne est déterminée par la somme de l'énergie cinétique des molécules avec l'énergie potentielle existant entre elles ou ils.
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Énergie interne des gaz idéaux monoatomiques
Comme il n'y a pas d'interaction entre les atomes d'un gaz monoatomique idéal, son énergie interne dépend exclusivement de deux variables: le nombre de moles (n) et la température du gaz (T). Regarder:
U - énergie interne
non – nombre de moles
R – constante universelle des gaz parfaits
T - Température
Dans l'équation ci-dessus, R il a un module de 0,082 atm. L/mol. K ou 8,31 J/mol. K (SI). En outre, nous pouvons écrire l'équation ci-dessus en termes d'autres quantités, telles que la pression et le volume. Pour cela, nous devons nous souvenir de la L'équation de Clapeyron, utilisé pour les gaz parfaits.
En substituant l'équation ci-dessus à la précédente, nous aurons l'expression suivante pour le calcul de l'énergie interne :
Voirégalement:Qu'est-ce qu'un gaz parfait ?
En tenant compte des équations ci-dessus, il est possible de déterminer une relation entre l'énergie cinétique des atomes d'un gaz monoatomique idéal et sa température. Pour cela, nous indiquerons que l'énergie cinétique de ce type de gaz est purementcinétique. Regarder:
m - Pâtes
non – nombre de mole
M - masse molaire
Dans de nombreuses situations, il est intéressant de savoir calculer la variation de l'énergie interne (ΔU) d'un gaz, car cette quantité indique si le gaz a reçu ou alors a cédé énergie. Si la variation de l'énergie interne du gaz a été positive (ΔU > 0), le gaz aura reçu de l'énergie; sinon (ΔU< 0), le gaz aura cédé une partie de son énergie.
Variation d'énergie interne en termes de variation de volume de gaz.
Énergie interne pour les gaz diatomiques
Pour les gaz diatomiques idéaux, l'énergie interne est donnée par une équation légèrement différente.
L'énergie interne dans les transformations et cycles thermodynamiques
Selon le 1ère loi de la thermodynamique, l'énergie interne d'un gaz parfait peut varier dans certains transformations thermodynamiques, en fonction de la quantité de chaleur échangée entre l'environnement et le système, ainsi que le travail effectué par ou sur le système.
Q - Chauffer
τ - travail
Ensuite, regardons la forme que prend cette loi pour certaines transformations thermodynamiques particulières.
Voirégalement:Histoire des machines thermiques
→ Énergie interne: transformation isotherme
À transformation isotherme, il n'y a pas de changement de température et donc l'énergie interne reste constante.
Dans ce cas, toute la quantité de chaleur échangée avec le système est transformée en travail et vice versa.
→ Énergie interne: transformation isovolumétrique
À transformation isovolumétrique, il n'est pas possible d'effectuer des travaux, car le système est confiné dans un conteneur rigide et non extensible. Dans ce cas, toute la quantité de chaleur échangée avec le système fait directement varier son énergie interne.
→ Énergie interne: transformation isobare
Dans ce type de transformation, le système est soumis à une pression constante, par conséquent, le travail effectué par lui ou sur lui peut être calculé analytiquement.
→ Énergie interne: transformation adiabatique
Dans le transformations adiabatiques, il n'y a pas d'échanges de chaleur entre le système et son environnement, par conséquent, la variation de l'énergie interne dépend exclusivement du travail effectué par ou sur le système.
Énergie interne dans les processus cycliques
Dans chaque processus cyclique, l'état thermodynamique d'un système, représenté par ses variables de pression, de volume et de température (P, V, T), est transformé, mais finit par revenir à l'état d'origine (P, V, T), donc, la variation d'énergie interne dans ce type de processus est toujours nulle (ΔU = 0).
Voirégalement:Transformations cycliques
Regardez le graphique ci-dessous, qui montre trois transformations thermodynamiques distinctes entre les états A et B.
Comme les trois transformations (I, II et III) quittent l'état A et passent à l'état B, la variation d'énergie interne doit être égale pour toutes, donc :
Exercices d'énergie interne
1) Deux moles d'un gaz diatomique idéal, de masse molaire égale à 24 g/mol, se trouvent à une température de 500 K à l'intérieur d'un récipient fermé et rigide d'un volume égal à 10-3 m. Déterminer:
a) Le module de l'énergie interne de ce gaz en joules.
b) La pression que le gaz exerce sur les parois du récipient.
Résolution:
Le) Puisqu'il s'agit d'un gaz idéal et diatomique, nous utiliserons la formule ci-dessous pour calculer son énergie interne :
En prenant les données renseignées dans l'énoncé de l'exercice, nous aurons le calcul suivant à résoudre :
B) On peut déterminer la pression qu'exerce le gaz une fois que l'on connaît le volume de son contenant: 10-3 m. Pour ce faire, nous utiliserons la formule suivante :
Par moi Rafael Helerbrock
