Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Energia interna - Termodinàmica

Energia interna - Termodinàmica

En termodinàmica, l'energia interna és l'energia total que conté un sistema termodinàmic.

L'energia interna és l'energia que es necessita per crear el sistema. Segons aquesta definició, queda exclosa de l'energia interna l'energia per desplaçar l'entorn del sistema, qualsevol energia relacionada amb camps de força externs (energia potencial, energia gravitatória, etc.) o qualsevol energia associada amb el moviment (per exemple, energia cinètica) .

L'energia interna d'un sistema es pot modificar exercint un treball sobre ell o bé escalfant-(proporcionant energia tèrmica). Si ens fixem en la primera llei de la termodinàmica veiem que aquesta postula que l'increment d'energia interna és igual a la calor total afegit més el treball realitzat per l'entorn. Si el sistema està aïllat, la seva energia interna es manté constant.

L'energia interna és una funció d'estat del sistema, ja que el seu valor depèn només de l'estat actual del sistema i no del camí escollit per arribar-hi. És una propietat extensiva.

Un exemple per entendre el què és l'energia interna el trobem en les armes nuclears. L'energia alliberada per les armes nuclears és una part molt petita de la seva energia interna. No obstant això, emeten una energia tremenda i tenen una gran devastació.

Energia cinètica interna i energia potencial interna

L'energia interna és la suma de dos tipus d'energia diferents: l'energia cinètica interna i l'energia potencial interna.

L'energia cinètica interna és la suma de les energies cinètiques de cada element d'un sistema respecte al seu centre de masses. L'energia cinètica interna és causada pel moviment de les partícules del sistema (translacions, rotacions i vibracions).

L'energia potencial interna és l'energia potencial associada a cadascuna de les interaccions d'aquests elements. L'energia potencial interna està associada amb els constituents estàtics de la matèria, l'energia electrostàtica dels àtoms dins les molècules o cristalls, i l'energia estàtica dels enllaços químics.

Energia interna del gas ideal

La termodinàmica sovint utilitza el concepte del gas ideal. Aquest concepte és una aproximació dels sistemes reals que s'utilitza amb finalitat didàctica.

El gas ideal és un gas de partícules considerades com a objectes puntuals que interactuen només per col·lisions elàstiques i omplen un volum de tal manera que el seu recorregut lliure mitjà entre col·lisions és molt més gran que el seu diàmetre. Tals sistemes són aproximats pels gasos monoatòmics, l'heli i els altres gasos nobles. Aquí l'energia cinètica consisteix només en l'energia de translació dels àtoms individuals. Les partícules monoatómicas no giren ni vibren, i no s'exciten electrònicament a energies més altes, excepte a temperatures molt altes.

Per tant, els canvis d'energia interna en un gas ideal poden ser descrits únicament per canvis en la seva energia cinètica. L'energia cinètica és simplement l'energia interna del gas perfecte i depèn completament de la seva pressió, volum i temperatura termodinàmica.

L'energia interna d'un gas ideal és proporcional a la seva massa (nombre de mols) n i a la seva temperatura T

U = c · n · T

On c és la capacitat calorífica (a volum constant) del gas. L'energia interna es pot escriure en funció de les tres propietats extensives S, V, n (entropia, volum, massa) de la següent manera

Energia interna en funció d'entropia, volum i massa

On const és una constant positiva arbitrària i on R és la constant de gas universal.

Canvi en l'energia interna

La mesurament directe de l'energia interna no és possible, però es pot mesurar el canvi en l'energia interna. Aquest canvi es pot trobar mesurant l'energia tèrmica, l'energia de la llum o energies similars transmeses des dels límits de l'energia interna a l'entorn, o calculant la quantitat de treball realitzat pel sistema o el treball realitzat en el sistema. El canvi en l'energia interna s'expressa mitjançant ΔU.

  • Sistema d'una energia d'absorció es produeix quan un augment d'energia domèstica. L'energia interna es pot augmentar fent treball en el sistema.
  • L'energia interna disminueix quan el sistema emet una energia o funciona.

Canvis en l'energia tèrmica d'un sistema termodinàmic

El sistema en realitat no té energia tèrmica; L'energia interna es transfereix al medi en forma d'energia tèrmica. En els casos en què es produeix un canvi en l'energia interna del sistema passa per la transferència d'energia tèrmica, una porció molt petita de l'energia interna canvia.

Quan un sistema termodinàmic transfereix energia tèrmica a un altre sistema, a més de variar l'energia interna dels dos sistemes poden experimentar alteracions d'altres de les seves variables d'estat (la pressió, el volum, la temperatura, l'entalpia, l'entropia ...)

Unitats de mesura de l'energia interna

La unitat de mesura de l'energia interna, segons el Sistema Internacional, és el juliol (J).

A vegades es parla de l'energia interna específica. L'energia interna específica és l'energia interna per unitat de massa; seva unitat és el J / kg. També es pot definir la propietat intensiva energia interna molar, que expressa l'energia interna en relació a la quantitat de substància; seves unitats són el J / mol.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 4 de abril de 2017

Tornar