Внутрішня енергія

Термодинамічні потенціали

Термодинаміка
Внутрішня енергія Ентропія Ентальпія Вільна енергія Гельмгольца Енергія Гіббса Великий термодинамічний потенціал (Ω)
Розділи
Почала Рівняння стану Величини Потенціали Цикли Фазовий перехід
Див також " Фізичний портал "

Внутрішня енергія тіла (позначається як E або U) - це сума енергій молекулярних взаємодій і теплових рухів молекули. Внутрішня енергія є однозначною функцією стану системи. Це означає, що всякий раз, коли система опиняється в даному стані, її внутрішня енергія приймає властиве цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнює різниці між її значеннями в кінцевому і початковому станах, незалежно від шляху, по якому відбувався перехід.

Внутрішню енергію тіла можна виміряти безпосередньо. Можна визначити тільки зміну внутрішньої енергії:

$\ Delta U = \ delta Q - \ delta A \,$

де

$\ \ Delta Q \,$ - Підведене до тіла кількість теплоти, виміряний в джоулях
$\ \ Delta A \,$ ^[1] - робота, чинена тілом проти зовнішніх сил, виміряна в джоулях

Ця формула є математичним виразом першого початку термодинаміки

Для квазістатичних процесів виконується наступне співвідношення:

$dU = TdS - pdV + \ mu dN \,$

де

$\ T \,$ - температура, виміряна в кельвінах
$\ S \,$ - ентропія, виміряна в джоулях / коливань
$\ P \,$ - тиск, виміряний в паскалях
$\ Mu \,$ - хімічний потенціал
$\ N \,$ - Кількість частинок в системі

Ідеальні гази

Відповідно до закону Джоуля, виведеним емпірично, внутрішня енергія ідеального газу не залежить від тиску або об'єму. Виходячи з цього факту, можна отримати вираз для зміни внутрішньої енергії ідеального газу. За визначенням молярної теплоємності при постійному об'ємі, $\ Left (\ frac {\ partial U} {\ partial T} \ right) _V = C_V$ . Так як внутрішня енергія ідеального газу є функцією тільки від температури, то

$\ Delta U = \ int_ {T_1} ^ {T_2} \ nu C_V \ mathrm {d} T$ .

Ця ж формула вірна і для обчислення зміни внутрішньої енергії будь-якого тіла, але тільки в процесах при постійному обсязі ( Ізохоричний процес); в загальному випадку C_V (T, V) є функцією і температури, і обсягу.

Якщо знехтувати зміною молярної теплоємності при зміні температури, отримаємо:

$\ Delta U = \ nu C_V \ Delta T$ ,

де $\ Nu$ - Кількість речовини, $\ Delta T$ - Зміна температури.

Для ідеального газу внутрішня енергія дорівнює:

$U = \ frac {i} {2} \ cdot \ nu RT$ ,

де - Кількість ступенів свободи, - універсальна газова стала.

Література

Сивухин Д. В. Загальний курс фізики. - Видання 5-е, виправлене. - М .: Физматлит, 2006. - Т. II. Термодинаміка і молекулярна фізика. - 544 с. - ISBN 5-9221-0601-5

Примітки

У відповідності з рекомендаціями ІЮПАК роботу в хімічної термодинаміки слід позначати як W - см. англ. ER Cohen, T. Cvitas, JG Frey, B. Holmstrm, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, HL Strauss, M. Takami, and AJ Thor, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008) - p. 56.