אנרגיה פנימית: מהי, כיצד לחשב ולפתור תרגילים

protection click fraud

אֵנֶרְגִיָהפְּנִימִי הוא הסכום של אנרגיות קינטיות ופוטנציאל הקשור לתנועת האטומים והמולקולות המרכיבות של הגוף. האנרגיה הפנימית גם פרופורציונלית ישירות ל- טֶמפֶּרָטוּרָה של הגוף. זוהי כמות סקלרית הנמדדת בג'ול (SI) ונקבעת כפונקציה של משתנים כגון לַחַץ (P), כרך (V) ו- טֶמפֶּרָטוּרָה תרמודינמיקה (T) של מערכת, בקלווין (K).

ככל שהטמפרטורה של הגוף גבוהה יותר, כך האנרגיה הפנימית שלו גדולה יותר, כך גדלה יכולתו לעשות עבודה כלשהי. יתר על כן, האנרגיה הפנימית של גזים מונו-אטומיים, למשל, ניתנת אך ורק על ידי סכום ה- אנרגיה קינטית מכל אטום הגז. כאשר מתמודדים עם גזים מולקולריים, כגון גזים דיאטומיים, יש לקחת בחשבון אינטראקציות מולקולריות וכן זאת, האנרגיה הפנימית נקבעת על ידי סכום האנרגיה הקינטית של המולקולות עם האנרגיה הפוטנציאלית הקיימת ביניהן הֵם.

אנרגיה פנימית של גזים חד-אטומיים אידיאליים

מכיוון שאין אינטראקציה בין האטומים של גז חד-אטומי אידיאלי, האנרגיה הפנימית שלו תלויה אך ורק בשני משתנים: מספר השומות (n) וטמפרטורת הגז (T). שעון:

אנרגיה פנימית של הגז המונאטומי האידיאלי

U - אנרגיה פנימית
לא - מספר שומות
ר - קבוע אוניברסלי של גזים מושלמים
ט - טמפרטורה

instagram story viewer

במשוואה לעיל, ר יש לו מודול של 0.082 atm. L / mol. K או 8.31 J / mol. K (SI). כמו כן, אנו יכולים לכתוב את המשוואה הנ"ל במונחים של כמויות אחרות, כגון לחץ ונפח. לשם כך, עלינו לזכור את המשוואה של קלפיירון, משמש לגזים אידיאליים.

המשוואה של קלפיירון

החלפת המשוואה הנ"ל עם הקודמת, יהיה לנו הביטוי הבא לחישוב האנרגיה הפנימית:

אנרגיה פנימית מבחינת לחץ ונפח

תראהגַם:מהו גז מושלם?

אם ניקח בחשבון את המשוואות לעיל, ניתן לקבוע קשר בין האנרגיה הקינטית של האטומים של גז מונואטומי אידיאלי לטמפרטורה שלו. לשם כך נציין כי האנרגיה הקינטית של סוג גז זה היא אַך וְרַקקינטיקה. שעון:

 חישוב טמפרטורה

M - פסטה
לא - מספר שומה
M - מסה מולארית

במצבים רבים מעניין לדעת כיצד לחשב את הווריאציה של האנרגיה הפנימית (ΔU) של גז, מכיוון שכמות זו מציינת האם הגז קיבל אוֹ נכנע אֵנֶרְגִיָה. אם הווריאציה של האנרגיה הפנימית של הגז הייתה חיובית (ΔU> 0), הגז יקבל אנרגיה; אחרת (ΔU <0), הגז יוותר על חלק מהאנרגיה שלו.

וריאציה אנרגטית פנימית

וריאציה של אנרגיה פנימית מבחינת וריאציה של נפח הגז

אנרגיה פנימית לגזים דיאטומיים

עבור גזים דיאטומיים אידיאליים האנרגיה הפנימית ניתנת על ידי משוואה מעט שונה.

אנרגיה פנימית לגזים דיאטומיים אידיאליים

אנרגיה פנימית בתמורות ומחזורים תרמודינמיים

על פי החוק הראשון של התרמודינמיקה, האנרגיה הפנימית של גז אידיאלי עשויה להשתנות באופן מסוים טרנספורמציות תרמודינמיות, תלוי בכמות החום המוחלפת בין הסביבה למערכת, כמו גם העבודה שמבצעת המערכת או עליה.

החוק הראשון של התרמודינמיקה

ש - חום
τ - עבודה

לאחר מכן, בואו נסתכל על הצורה שלוקח החוק הזה לכמה טרנספורמציות תרמודינמיות מסוימות.

תראהגַם:היסטוריה של מכונות תרמיות

→ אנרגיה פנימית: טרנספורמציה איזותרמית

בְּ טרנספורמציה איזותרמית, אין שינוי בטמפרטורה ולכן האנרגיה הפנימית נשארת קבועה.

אנרגיה פנימית בשינוי איזותרמי.

במקרה זה, כל כמות החום המוחלפת עם המערכת הופכת לעבודה ולהיפך.

→ אנרגיה פנימית: טרנספורמציה איזובולומטרית

בְּ טרנספורמציה איזובולומטרית, לא ניתן לבצע עבודות מכיוון שהמערכת מוגבלת במיכל נוקשה ולא ניתן להרחבה. במקרה זה, כל כמות החום המוחלפת עם המערכת משתנה באופן ישיר את האנרגיה הפנימית שלה.

אנרגיה פנימית בשינוי איזוו-וולומטרי

→ אנרגיה פנימית: טרנספורמציה איזוברית

בסוג זה של טרנספורמציה המערכת נתונה ל- לחץ מתמידלכן ניתן לחשב את העבודה שנעשתה על ידו או עליו.

אנרגיה פנימית בתהליך איזובארי

→ אנרגיה פנימית: טרנספורמציה אדיאבטית

בתוך ה טרנספורמציות אדיאבטיות, אין חילופי חום בין המערכת וסביבתה, ולכן, שונות האנרגיה הפנימית תלויה אך ורק בעבודה שמבצעת המערכת או במערכת.

אנרגיה פנימית בתהליך האדיאבטי

אנרגיה פנימית בתהליכים מחזוריים

בכל תהליך מחזורי, המצב התרמודינמי של המערכת, המיוצג על ידי משתני הלחץ, הנפח והטמפרטורה שלה (P, V, T), הוא הופך, אך בסופו של דבר חוזר למצב המקורי (P, V, T), לכן וריאציית האנרגיה הפנימית בסוג זה של תהליך היא תמיד אפסית (ΔU = 0).

תראהגַם:טרנספורמציות מחזוריות

עיין בתרשים שלמטה, המציג שלוש טרנספורמציות תרמודינמיות מובחנות בין מצבים A ו- B.

גרף מחזור תרמודינמי

כאשר שלושת הטרנספורמציות (I, II ו- III) עוזבות את המצב A ועוברות למצב B, וריאציית האנרגיה הפנימית חייבת להיות שווה לכולן, ולכן:

וריאציה אנרגטית פנימית

תרגילי אנרגיה פנימיים

1) שתי שומות של גז דיאטומי אידיאלי, בעלות מסה טוחנת השווה ל -24 גרם למול, נמצאות בטמפרטורה של 500 K בתוך מיכל סגור וקשיח בנפח השווה ל -10-3 m³. לקבוע:

א) המודול של האנרגיה הפנימית של גז זה בג'אול.

ב) הלחץ שמפעיל הגז על קירות המכולה.

פתרון הבעיה:

ה) מכיוון שמדובר בגז אידיאלי ודיאטומי, נשתמש בנוסחה להלן כדי לחשב את האנרגיה הפנימית שלו:

אנרגיה פנימית לגזים דיאטומיים אידיאליים

אם ניקח את הנתונים שהתבשרו בהצהרת התרגיל, יהיה עלינו לפתור את החישוב הבא:

חישוב אנרגיה פנימית

ב) אנו יכולים לקבוע את הלחץ שהגז מפעיל ברגע שנדע את נפח המכל שלו: 10-3 m³. לשם כך נשתמש בנוסחה הבאה:

חישוב לחץ


על ידי רפאל הלרברוק

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-interna.htm

Teachs.ru

הגורם הדמוגרפי של סין

סין בולטת ביחס למספר האנשים המאכלסים את שטחה, שכן כיום המדינה היא המאוכלסת ביותר בעולם. המספר המו...

read more

מעמד הביניים הסיני

הפתיחה הכלכלית של סין קידמה קבוצה של טרנספורמציות שבנינו מחדש את התבניות של החברה שלה. רחוק מהאיד...

read more

מהי קונקורדנס נומינלי?

כל המרכיבים המרכיבים את התפילה צריכים להיות בהרמוניה, כלומר בהסכמה. כאשר זה קשור לביטוי שם העצם (...

read more
instagram viewer