Εσωτερική ενέργεια

Περιεχόμενο

• Εσωτερική ενεργειακή διακύμανση
• Παραδείγματα εσωτερικής ενέργειας
• Άλλοι τύποι ενέργειας

ο εσωτερική ενέργεια, σύμφωνα με την Πρώτη Αρχή της Θερμοδυναμικής, εννοείται ότι συνδέεται με την τυχαία κίνηση σωματιδίων μέσα σε ένα σύστημα. Διαφέρει από την ταξινομημένη ενέργεια των μακροσκοπικών συστημάτων, που σχετίζονται με κινούμενα αντικείμενα, καθώς αναφέρεται στην ενέργεια που περιέχεται από αντικείμενα σε μικροσκοπική και μοριακή κλίμακα.

Ετσι, ένα αντικείμενο μπορεί να είναι εντελώς σε ηρεμία και να έχει έλλειψη φαινομενικής ενέργειας (ούτε δυναμικό ούτε κινητικό), και ωστόσο να γεμίζει με κινούμενα μόρια, κινείται με υψηλές ταχύτητες ανά δευτερόλεπτο. Στην πραγματικότητα, αυτά τα μόρια προσελκύουν και απωθούν το ένα το άλλο ανάλογα με τις χημικές τους συνθήκες και τους μικροσκοπικούς παράγοντες, παρόλο που δεν υπάρχει παρατηρήσιμη κίνηση προς το γυμνό μάτι.

Η εσωτερική ενέργεια θεωρείται εκτεταμένη ποσότητα, που σχετίζεται με την ποσότητα της ύλης σε ένα δεδομένο σύστημα σωματιδίων. Καλά περιλαμβάνει όλες τις άλλες μορφές ενέργειας ηλεκτρικές, κινητικές, χημικές και δυναμικό που περιέχονται στα άτομα μιας δεδομένης ουσίας.

Αυτός ο τύπος ενέργειας αντιπροσωπεύεται συνήθως από το σύμβολο Ή.

Εσωτερική ενεργειακή διακύμανση

ο εσωτερική ενέργεια των συστημάτων σωματιδίων μπορεί να ποικίλει, ανεξάρτητα από τη χωρική τους θέση ή το επίκτητο σχήμα τους (στην περίπτωση υγρών και αερίων). Για παράδειγμα, κατά την εισαγωγή θερμότητας σε ένα κλειστό σύστημα σωματιδίων, προστίθεται θερμική ενέργεια που θα επηρεάσει την εσωτερική ενέργεια του συνόλου.

Αλλά παρόλα αυτά, η εσωτερική ενέργεια είναι ένασυνάρτηση κατάστασης, δηλαδή, δεν ανταποκρίνεται στην παραλλαγή που συνδέει δύο καταστάσεις της ύλης, αλλά στην αρχική και τελική κατάσταση αυτής. Αυτός είναι ο λόγος ο υπολογισμός της διακύμανσης της εσωτερικής ενέργειας σε έναν δεδομένο κύκλο θα είναι πάντα μηδενικόςαφού η αρχική κατάσταση και η τελική κατάσταση είναι ίδια και ίδια.

Οι διατυπώσεις για τον υπολογισμό αυτής της παραλλαγής είναι:

ΔU = U_σι - Ή_{ΠΡΟΣ ΤΟ}, όπου το σύστημα έχει μεταβεί από την κατάσταση Α στην κατάσταση Β.

ΔU = -W, σε περιπτώσεις όπου πραγματοποιείται ποσότητα μηχανικής εργασίας W, με αποτέλεσμα την επέκταση του συστήματος και τη μείωση της εσωτερικής του ενέργειας.

ΔU = Q, στις περιπτώσεις στις οποίες προσθέτουμε θερμική ενέργεια που αυξάνει την εσωτερική ενέργεια.

ΔU = 0, σε περιπτώσεις κυκλικών αλλαγών στην εσωτερική ενέργεια.

Όλες αυτές οι περιπτώσεις και άλλες μπορούν να συνοψιστούν σε μια εξίσωση που περιγράφει την αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας στο σύστημα:

ΔU = Q + W

Παραδείγματα εσωτερικής ενέργειας

1. Μπαταρίες. Στο σώμα των φορτισμένων μπαταριών υπάρχει μια αξιοποιήσιμη εσωτερική ενέργεια, χάρη στο χημικές αντιδράσεις μεταξύ των οξέων και των βαρέων μετάλλων στο εσωτερικό. Η εν λόγω εσωτερική ενέργεια θα είναι μεγαλύτερη όταν το ηλεκτρικό της φορτίο είναι πλήρες και λιγότερο όταν έχει καταναλωθεί, αν και στην περίπτωση των επαναφορτιζόμενων μπαταριών, αυτή η ενέργεια μπορεί να αυξηθεί ξανά εισάγοντας ηλεκτρική ενέργεια από την πρίζα.
2. Συμπιεσμένα αέρια. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα αέρια τείνουν να καταλαμβάνουν τον συνολικό όγκο του δοχείου στο οποίο περιέχονται, καθώς η εσωτερική τους ενέργεια θα ποικίλει καθώς αυτή η ποσότητα χώρου είναι μεγαλύτερη και θα αυξάνεται όταν είναι μικρότερη. Έτσι, ένα αέριο διασκορπισμένο σε ένα δωμάτιο έχει λιγότερη εσωτερική ενέργεια από ό, τι εάν το συμπιέζουμε σε έναν κύλινδρο, καθώς τα σωματίδια του θα αναγκαστούν να αλληλεπιδρούν πιο στενά.
3. Αυξήστε τη θερμοκρασία της ύλης. Εάν αυξήσουμε τη θερμοκρασία, για παράδειγμα, ένα γραμμάριο νερού και ένα γραμμάριο χαλκού, και τα δύο σε θερμοκρασία βάσης 0 ° C, θα παρατηρήσουμε ότι παρά το ότι είναι η ίδια ποσότητα ύλης, ο πάγος θα απαιτήσει μεγαλύτερη ποσότητα συνολικής ενέργειας για να φτάσετε στην επιθυμητή θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει επειδή η ειδική θερμότητα του είναι υψηλότερη, δηλαδή, τα σωματίδια του είναι λιγότερο δεκτά στην ενέργεια που εισάγεται από εκείνη του χαλκού, προσθέτοντας θερμότητα πολύ πιο αργά στην εσωτερική του ενέργεια.
4. Ανακινήστε ένα υγρό. Όταν διαλύουμε τη ζάχαρη ή το αλάτι στο νερό, ή προωθούμε παρόμοια μίγματα, συνήθως αναδεύουμε το υγρό με ένα όργανο για να προωθήσουμε μεγαλύτερη διάλυση. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος που παράγεται από την εισαγωγή αυτής της ποσότητας εργασίας (W) που παρέχεται από τη δράση μας, η οποία επιτρέπει μεγαλύτερη χημική αντιδραστικότητα μεταξύ των σωματιδίων που εμπλέκονται.
5. Ατμόςαπό νερό. Μόλις βράσει το νερό, θα παρατηρήσουμε ότι ο ατμός έχει μεγαλύτερη εσωτερική ενέργεια από το υγρό νερό στο δοχείο. Αυτό συμβαίνει επειδή, παρόλο που είναι το ίδιο μόρια (η ένωση δεν έχει αλλάξει), για να προκαλέσουμε τον φυσικό μετασχηματισμό έχουμε προσθέσει μια ορισμένη ποσότητα θερμιδικής ενέργειας (Q) στο νερό, προκαλώντας μεγαλύτερη ανάδευση των σωματιδίων της.

Άλλοι τύποι ενέργειας