Menu

Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Energia interna

Energia interna

En termodinàmica, es  denomina energia interna a  l'energia total que conté un sistema termodinàmic. És l'energia que es necessita per crear el sistema.

Segons aquesta definició, s'exclou:

  • l'energia per desplaçar l'entorn de sistema
  • qualsevol energia relacionada amb camps de força externs (energia potencial, energia gravitatória, etc.)
  • 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).

La primera llei de la termodinàmica postula que l'increment d'energia interna és igual a la calor total afegit més el treball realitzat per l'entorn. D'acord amb aquest principi de la termodinàmica: si el sistema està aïllat, la seva energia interna es manté constant.

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

Unitats de mesura de l'energia interna

La unitat de mesura, segons el Sistema Internacional, és el juliol (J).

De vegades es parla de 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.

Què són l' energia cinètica i l'energia potencial interna?

L'energia interna és la suma de dos tipus d'energia diferents:

  • l'energia cinètica interna.
  • l'energia potencial interna.

Energia cinètica 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 de sistema (translacions, rotacions i vibracions).

Energia potencial interna

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 també inclou l'energia estàtica dels enllaços químics.

Energia interna de gas ideal

La termodinàmica sovint utilitza el concepte de el gas ideal. 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. 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 de el 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) nya la seva temperatura T

U = c · n · T

on c és la calor específica adimensional a volum constant de el 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.

Com es mesura l'energia interna?

El mesurament directa no és possible.

Variació de l'energia interna

Per contra, es pot mesurar la seva variació. 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.

La variació de 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. Es transfereix a el medi en forma d'energia tèrmica. En els casos en què es produeix un canvi en l'energia interna de sistema passa per la transferència d'energia tèrmica, una porció molt petita 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 volumen.
  • La temperatura.
  • La entalpía.
  • L'entropia.
  • ...
Autor:

Data de publicació: 4 de abril de 2017
Última revisió: 3 de maig de 2020