Enerģijaiekšējs ir summa kinētiskās enerģijas un potenciāls, kas saistīts ar ķermeņa atomu un molekulu kustību. Iekšējā enerģija ir tieši proporcionāla temperatūra ķermeņa. Tas ir skalārais lielums, ko mēra džaulos (SI) un nosaka kā tādu mainīgo lielumu funkciju kā spiediens (P), skaļums (V) un temperatūra sistēmas termodinamika (T) Kelvinos (K).
Jo augstāka ķermeņa temperatūra, jo lielāka ir tā iekšējā enerģija, tāpēc lielāka ir spēja veikt kādu darbu. Piemēram, monoatomisko gāzu iekšējo enerģiju, piemēram, izsniedz tikai ar kinētiskā enerģija katra gāzes atoma. Risinot molekulārās gāzes, piemēram, diatomiskās gāzes, ir jāņem vērā molekulārā mijiedarbība un, to iekšējo enerģiju nosaka molekulu kinētiskās enerģijas summa ar potenciālo enerģiju, kas pastāv starp viņi.
Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)
Ideālo monoatomisko gāzu iekšējā enerģija
Tā kā ideālas monoatomiskās gāzes atomiem nav mijiedarbības, tās iekšējā enerģija ir atkarīga tikai no diviem mainīgajiem lielumiem: molu skaita (n) un gāzes temperatūras (T). Skatīties:
U - iekšējā enerģija
Nē - dzimumzīmju skaits
R - ideālu gāzu universālā konstante
T - temperatūra
Iepriekš norādītajā vienādojumā R tā modulis ir 0,082 atm. L / mol. K vai 8,31 J / mol. K (SI). Arī mēs varam uzrakstīt iepriekšējo vienādojumu attiecībā uz citiem lielumiem, piemēram, spiedienu un tilpumu. Lai to izdarītu, mums jāatceras Kleipirona vienādojums, ko izmanto ideālām gāzēm.
Aizstājot iepriekšējo vienādojumu ar iepriekšējo, iekšējās enerģijas aprēķināšanai mums būs šāda izteiksme:
Skatiesarī:Kas ir ideāla gāze?
Ņemot vērā iepriekš minētos vienādojumus, ir iespējams noteikt sakarību starp ideālas monoatomiskās gāzes atomu kinētisko enerģiju un tās temperatūru. Šim nolūkam mēs paziņosim, ka šāda veida gāzes kinētiskā enerģija ir tīrikinētika. Skatīties:
m - makaroni
Nē - mola numurs
M - molārā masa
Daudzās situācijās ir interesanti uzzināt, kā aprēķināt gāzes iekšējās enerģijas (ΔU) variāciju, jo šis daudzums norāda, vai gāze ir saņēmis vai padoties enerģija. Ja gāzes iekšējās enerģijas svārstības ir bijušas pozitīvas (ΔU> 0), gāze būs saņēmusi enerģiju; pretējā gadījumā (ΔU <0) gāze būs atdevusi daļu enerģijas.
Iekšējās enerģijas izmaiņas attiecībā uz gāzes tilpuma izmaiņām.
Iekšējā enerģija diatomiskām gāzēm
Ideālām diatomiskām gāzēm iekšējo enerģiju dod nedaudz atšķirīgs vienādojums.
Iekšējā enerģija termodinamiskās transformācijās un ciklos
Saskaņā ar 1. termodinamikas likums, ideālas gāzes iekšējā enerģija var atšķirties termodinamiskās pārvērtības, atkarībā no siltuma daudzuma, kas tiek apmainīts starp apkārtni un sistēmu, kā arī no sistēmas vai ar to veiktā darba.
J - siltums
τ - darbs
Pēc tam aplūkosim, kāds ir šis likums noteiktiem termodinamiskiem pārveidojumiem.
Skatiesarī:Termisko mašīnu vēsture
→ Iekšējā enerģija: izotermiskā transformācija
Plkst izotermiskā transformācija, temperatūras izmaiņas nenotiek, un tāpēc iekšējā enerģija paliek nemainīga.
Šajā gadījumā viss siltuma daudzums, kas tiek apmainīts ar sistēmu, tiek pārvērsts par darbu un otrādi.
→ Iekšējā enerģija: izovolumetriskā transformācija
Plkst izovolumetriskā transformācija, darbu nav iespējams veikt, jo sistēma ir ievietota stingrā un nepieejamā traukā. Šajā gadījumā viss siltuma daudzums, kas tiek apmainīts ar sistēmu, tieši maina tā iekšējo enerģiju.
→ Iekšējā enerģija: izobariska transformācija
Šāda veida pārveidošanā sistēma tiek pakļauta a pastāvīgs spiedienstāpēc viņa vai viņa paveikto darbu var aprēķināt analītiski.
→ Iekšējā enerģija: adiabātiskā transformācija
Iekš adiabātiskās transformācijas, starp sistēmu un tās apkārtni nav siltuma apmaiņas, tāpēc iekšējās enerģijas izmaiņas ir atkarīgas tikai no sistēmas vai tās veiktā darba.
Iekšējā enerģija cikliskos procesos
Katrā cikliskā procesā sistēmas termodinamiskais stāvoklis, ko attēlo tās spiediena, tilpuma un temperatūras mainīgie (P, V, T), ir pārveidots, bet galu galā atgriežas sākotnējā stāvoklī (P, V, T), tāpēc iekšējā enerģijas variācija šāda veida procesos vienmēr ir nulle (ΔU = 0).
Skatiesarī:Cikliskas transformācijas
Apskatiet zemāk redzamo grafiku, kurā redzamas trīs atšķirīgas termodinamiskās transformācijas starp stāvokļiem A un B.
Tā kā trīs transformācijas (I, II un III) atstāj stāvokli A un pāriet stāvoklī B, iekšējai enerģijas variācijai jābūt vienādai visām, tāpēc:
Iekšējās enerģijas vingrinājumi
1) Divi ideālas diatomiskās gāzes moli ar molu masu, kas vienāda ar 24 g / mol, atrodas 500 K temperatūrā slēgta, cieta trauka iekšpusē ar tilpumu 10-3 m³. Nosakiet:
a) Šīs gāzes iekšējās enerģijas modulis džoulos.
b) Gāzes spiediens uz tvertnes sienām.
Izšķirtspēja:
) Tā kā tā ir ideāla un diatomiska gāze, mēs izmantosim zemāk esošo formulu, lai aprēķinātu tās iekšējo enerģiju:
Ņemot datus, kas bija norādīti uzdevuma paziņojumā, mums būs jāatrisina šāds aprēķins:
B) Mēs varam noteikt gāzes radīto spiedienu, tiklīdz mēs zinām tās tvertnes tilpumu:-3 m³. Lai to izdarītu, mēs izmantosim šādu formulu:
Autors: Rafaels Helerbroks
