Energiawewnętrzny jest sumą energie kinetyczne oraz potencjał związany z ruchem składowych atomów i cząsteczek ciała. Energia wewnętrzna jest również wprost proporcjonalna do temperatura cielesny. Jest to wielkość skalarna mierzona w dżulach (SI) i określana jako funkcja takich zmiennych jak nacisk (P), Tom (V) i temperatura termodynamika (T) układu, w kelwinach (K).
Im wyższa temperatura ciała, tym większa jego energia wewnętrzna, a więc większa jego zdolność do wykonania jakiejś pracy. Co więcej, energia wewnętrzna gazów jednoatomowych, na przykład, jest dana wyłącznie przez sumę energia kinetyczna każdego atomu gazu. Mając do czynienia z gazami molekularnymi, takimi jak gazy dwuatomowe, należy wziąć pod uwagę oddziaływania molekularne i, dla to, energia wewnętrzna jest określona przez sumę energii kinetycznej cząsteczek z energią potencjalną istniejącą między one.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Energia wewnętrzna idealnych gazów jednoatomowych
Ponieważ nie ma interakcji między atomami idealnego gazu jednoatomowego, jego energia wewnętrzna zależy wyłącznie od dwóch zmiennych: liczby moli (n) i temperatury gazu (T). Zegarek:
U - energia wewnętrzna
Nie – liczba moli
R – uniwersalna stała gazów doskonałych
T – temperatura
W powyższym równaniu R ma moduł 0,082 atm. l/mol. K lub 8,31 J/mol. K (SI). Możemy również zapisać powyższe równanie w kategoriach innych wielkości, takich jak ciśnienie i objętość. W tym celu musimy pamiętać, że Równanie Clapeyrona, używany do gazów doskonałych.
Zastępując powyższe równanie poprzednim, otrzymamy następujące wyrażenie do obliczenia energii wewnętrznej:
Popatrzrównież:Czym jest gaz doskonały?
Biorąc pod uwagę powyższe równania, można wyznaczyć zależność między energią kinetyczną atomów idealnego gazu jednoatomowego a jego temperaturą. W tym celu stwierdzimy, że energia kinetyczna tego rodzaju gazu wynosi czystokinetyka. Zegarek:
mi - makaron
Nie – liczba kretów
M - masa cząsteczkowa
W wielu sytuacjach warto wiedzieć, jak obliczyć zmienność energii wewnętrznej (ΔU) gazu, ponieważ ta wielkość wskazuje, czy gaz otrzymał lub poddał się energia. Jeżeli zmiana energii wewnętrznej gazu była dodatnia (ΔU > 0), gaz otrzymał energię; w przeciwnym razie (ΔU< 0) gaz odda część swojej energii.
Zmienność energii wewnętrznej pod względem zmian objętości gazu.
Energia wewnętrzna dla gazów dwuatomowych
W przypadku idealnych gazów dwuatomowych energię wewnętrzną podaje nieco inne równanie.
Energia wewnętrzna w przemianach i cyklach termodynamicznych
Według I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna gazu doskonałego może się różnić w pewnych przemiany termodynamiczne, w zależności od ilości ciepła wymienianego między otoczeniem a systemem, a także pracy wykonywanej przez lub na systemie.
Q – ciepło
τ - praca
Następnie przyjrzyjmy się postaci, jaką to prawo przybiera dla niektórych szczególnych przemian termodynamicznych.
Popatrzrównież:Historia maszyn cieplnych
→ Energia wewnętrzna: przemiana izotermiczna
W transformacja izotermiczna, nie ma zmiany temperatury i dlatego energia wewnętrzna pozostaje stała.
W takim przypadku cała ilość ciepła wymieniana z systemem jest zamieniana na pracę i odwrotnie.
→ Energia wewnętrzna: transformacja izowolumetryczna
W transformacja izowolumetryczna, nie ma możliwości prowadzenia prac, ponieważ system jest zamknięty w sztywnym i nierozsuwalnym kontenerze. W takim przypadku cała ilość ciepła wymieniana z systemem bezpośrednio zmienia jego energię wewnętrzną.
→ Energia wewnętrzna: transformacja izobaryczna
W tego typu transformacji system poddawany jest stałe ciśnienie, zatem pracę wykonaną przez niego lub na nim można obliczyć analitycznie.
→ Energia wewnętrzna: transformacja adiabatyczna
w przemiany adiabatyczne, nie ma wymiany ciepła między systemem a jego otoczeniem, dlatego zmienność energii wewnętrznej zależy wyłącznie od pracy wykonywanej przez system lub na nim.
Energia wewnętrzna w procesach cyklicznych
W każdym procesie cyklicznym stan termodynamiczny układu reprezentowany przez zmienne ciśnienia, objętości i temperatury (P, V, T) jest transformowana, ale kończy się powrotem do stanu pierwotnego (P, V, T), dlatego zmienność energii wewnętrznej w tego typu procesie jest zawsze zerowa (ΔU = 0).
Popatrzrównież:Przekształcenia cykliczne
Spójrz na poniższy wykres, który pokazuje trzy wyraźne przemiany termodynamiczne między stanami A i B.
Ponieważ trzy transformacje (I, II i III) opuszczają stan A i przechodzą do stanu B, wewnętrzna zmienność energii musi być dla nich równa, a zatem:
Ćwiczenia energii wewnętrznej
1) Dwa mole idealnego gazu dwuatomowego o masie molowej równej 24 g/mol znajdują się w temperaturze 500 K w zamkniętym, sztywnym pojemniku o objętości równej 10-3 m³. Określać:
a) Moduł energii wewnętrznej tego gazu w dżulach.
b) Ciśnienie wywierane przez gaz na ścianki pojemnika.
Rozkład:
) Ponieważ jest to gaz idealny i dwuatomowy, do obliczenia jego energii wewnętrznej użyjemy poniższego wzoru:
Biorąc pod uwagę dane, które zostały podane w zestawieniu ćwiczeń, będziemy mieli do rozwiązania następujące obliczenia:
B) Gdy znamy objętość jego pojemnika, możemy określić ciśnienie, jakie wywiera gaz: 10-3 m³. W tym celu użyjemy następującej formuły:
Przeze mnie Rafael Helerbrock
