Внутрішня енергія

Перегляд цього шаблону Термодинамічні потенціали
Thermodynamics navigation image.svg
Термодинаміка
Розділи
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


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 i - Кількість ступенів свободи, R - універсальна газова стала.


Література

Примітки

  1. 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.