Energieintern is de som van kinetische energieën en potentieel gerelateerd aan de beweging van de samenstellende atomen en moleculen van een lichaam. De interne energie is ook recht evenredig met de temperatuur- van het lichaam. Het is een scalaire grootheid gemeten in Joules (SI) en bepaald als een functie van variabelen zoals druk (P), volume (V) en temperatuur- thermodynamica (T) van een systeem, in Kelvin (K).
Hoe hoger de temperatuur van een lichaam, hoe groter de interne energie, dus hoe groter het vermogen om wat werk te doen. Bovendien wordt de interne energie van bijvoorbeeld monoatomaire gassen uitsluitend gegeven door de som van de kinetische energie van elk atoom van het gas. Bij moleculaire gassen, zoals diatomische gassen, moet men rekening houden met moleculaire interacties en bijvoorbeeld hierbij wordt de interne energie bepaald door de som van de kinetische energie van de moleculen met de potentiële energie tussen ze.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Interne energie van ideale monoatomaire gassen
Omdat er geen interactie is tussen de atomen van een ideaal monoatomisch gas, hangt de interne energie uitsluitend af van twee variabelen: het aantal mol (n) en de gastemperatuur (T). Kijk maar:
u - interne energie
Nee – aantal mol
R – universele constante van perfecte gassen
T – temperatuur
In de bovenstaande vergelijking, R het heeft een modulus van 0,082 atm. l/mol. K of 8,31 J/mol. K (SI). We kunnen de bovenstaande vergelijking ook schrijven in termen van andere grootheden, zoals druk en volume. Daarvoor moeten we de Clapeyrons vergelijking, gebruikt voor ideale gassen.
Als we de bovenstaande vergelijking door de vorige vervangen, hebben we de volgende uitdrukking voor de berekening van de interne energie:
Kijkenook:Wat is een perfect gas?
Rekening houdend met de bovenstaande vergelijkingen, is het mogelijk om een relatie te bepalen tussen de kinetische energie van de atomen van een ideaal monoatomisch gas en zijn temperatuur. Hiervoor zullen we stellen dat de kinetische energie van dit type gas is puurkinetiek. Kijk maar:
m - pasta
Nee – mol nummer
M - molaire massa
In veel situaties is het interessant om te weten hoe je de variatie van de interne energie (ΔU) van een gas kunt berekenen, aangezien deze hoeveelheid aangeeft of het gas heeft ontvangen of gaf toe energie. Als de variatie van de interne energie van het gas positief is geweest (ΔU > 0), heeft het gas energie ontvangen; anders (ΔU< 0), heeft het gas een deel van zijn energie opgegeven.
Interne energievariatie in termen van variatie in gasvolume.
Interne energie voor diatomische gassen
Voor ideale diatomische gassen wordt de interne energie gegeven door een iets andere vergelijking.
Interne energie in thermodynamische transformaties en cycli
Volgens de 1e wet van de thermodynamica, kan de interne energie van een ideaal gas in bepaalde thermodynamische transformaties, afhankelijk van de hoeveelheid warmte die wordt uitgewisseld tussen de omgeving en het systeem, evenals de werkzaamheden die door of aan het systeem worden uitgevoerd.
Vraag – warmte
τ - werk
Laten we vervolgens eens kijken naar de vorm die deze wet aanneemt voor bepaalde thermodynamische transformaties.
Kijkenook:Geschiedenis van thermische machines
→ Interne energie: isotherme transformatie
Bij isotherme transformatie, er is geen temperatuurverandering en daarom blijft de interne energie constant.
In dit geval wordt de volledige hoeveelheid warmte die met het systeem wordt uitgewisseld, omgezet in werk en vice versa.
→ Interne energie: isovolumetrische transformatie
Bij isovolumetrische transformatie, is het niet mogelijk om werkzaamheden uit te voeren, aangezien het systeem is opgesloten in een stijve en niet-uitbreidbare container. In dit geval varieert de totale hoeveelheid warmte die met het systeem wordt uitgewisseld rechtstreeks de interne energie ervan.
→ Interne energie: isobare transformatie
Bij dit type transformatie wordt het systeem onderworpen aan een constante drukdaarom kan het werk dat door hem of aan hem wordt gedaan analytisch worden berekend.
→ Interne energie: adiabatische transformatie
In de adiabatische transformaties, er zijn geen warmte-uitwisselingen tussen het systeem en zijn omgeving, daarom hangt de variatie van interne energie uitsluitend af van het werk dat door of op het systeem wordt uitgevoerd.
Interne energie in cyclische processen
In elk cyclisch proces is de thermodynamische toestand van een systeem, weergegeven door zijn druk-, volume- en temperatuurvariabelen (P, V, T), getransformeerd, maar keert uiteindelijk terug naar de oorspronkelijke staat (P, V, T), daarom is de variatie van interne energie in dit type proces altijd nul (ΔU = 0).
Kijkenook:cyclische transformaties
Kijk naar de onderstaande grafiek, die drie verschillende thermodynamische transformaties tussen toestanden A en B laat zien.
Aangezien de drie transformaties (I, II en III) toestand A verlaten en naar toestand B gaan, moet de interne energievariatie voor alle gelijk zijn, daarom:
Interne energie oefeningen
1) Twee mol van een ideaal diatomisch gas, met een molmassa gelijk aan 24 g/mol, worden gevonden bij een temperatuur van 500 K in een gesloten, stijve container met een volume gelijk aan 10-3 m³. Bepalen:
a) De modulus van de interne energie van dit gas in joule.
b) De druk die het gas uitoefent op de wanden van de container.
Resolutie:
De) Omdat het een ideaal en diatomisch gas is, zullen we de onderstaande formule gebruiken om de interne energie te berekenen:
Als we de gegevens nemen die in de oefeningsverklaring zijn vermeld, moeten we de volgende berekening oplossen:
B) We kunnen de druk bepalen die het gas uitoefent zodra we het volume van zijn container kennen: 10-3 m³. Hiervoor gebruiken we de volgende formule:
Door mij Rafael Helerbrock
