Вътрешна енергия в термодинамиката

The Вътрешна енергия е термодинамичната величина, която е равна на сума от всички енергии на системата, като кинетика и потенциал. Това е било представен като E, а понякога и като U.

E = Ec + Ep + ...

Това е, което определя Първи закон на термодинамиката. Този закон установява Съхранение на енергияС други думи, той не е нито създаден, нито унищожен. С други думи, този закон е формулиран като се казва, че за дадено количество форма на изчезваща енергия, друга форма от нея ще се появи в равно количество до липсващата сума.

Като единица енергия, се измерва в джаулови (J) единици, според Международната система от единици.

Първият закон на термодинамиката е обяснен с някои количество топлина "q", добавена към системата. Това количество ще доведе до увеличаване на вътрешната енергия на системата и също така ще извърши някаква външна работа "w" в резултат на споменатото поглъщане на топлина.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Ако декларираме като ΔE нарастването на вътрешната енергия на системата и "w" работата, извършена от системата по контура, тогава ще имаме предишната формула.

Уравнението представлява математическото установяване на Първия закон на термодинамиката. Тъй като вътрешната енергия зависи само от състоянието на системата, тогава самата промяна на ΔE, участваща в преминаването на състояние, където вътрешната енергия е E₁ на друг, където е E₂ трябва да се дава от:

ΔE = E₂ - Е₁

Следователно ΔE зависи само от началното и крайното състояние на системата и по никакъв начин от начина, по който е направена такава промяна.

Тези съображения не се отнасят за "w" и "q", тъй като големината им зависи от начина на извършване на работата при преминаване от първоначалното състояние към крайното състояние.

Символът "w" представлява общата работа, извършена от системата. Например в галваничен елемент w може да включва предоставената електрическа мощност, плюс, ако има промяна обем, всяка енергия, използвана за осъществяване на разширяване или свиване срещу противоположен натиск "P".

Промяната в обема се вижда най-добре например в буталото на двигателя с вътрешно горене. Работата, извършена от системата срещу противоположно налягане "p", което е външното, и с промяна в обема от V₁ до V₂, се описва с формулата:

w = pΔV

Ако единствената работа, извършена от системата, е от такова естество, тогава заместването на това уравнение в Първия закон на термодинамиката е:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Уравненията на Първия закон на термодинамиката са напълно общи и се прилагат при изчисляването на промяната на вътрешната енергия ΔE, работа w, топлина q. При специални условия обаче тези уравнения могат да приемат определени форми.

1.- Когато Обемът е постоянен: ако обемът не варира, тогава ΔV = 0 и работата w ще бъде 0. Следователно се счита само:

ΔE = q

2.- Когато опозиционният натиск p е нула: Процес от този тип се нарича Free Expansion. Следователно, ако p = 0, тогава w ще се изчисли като w = 0. Отново:

ΔE = q

Величините q, w и ΔE са измерими експериментално, но величините на E като такива не са; този последен факт не е пречка в термодинамиката, тъй като се интересуваме главно от промените на E (ΔE), а не от абсолютните стойности.

Примери за вътрешна енергия

1. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 1500 джаула, и е успял да извърши работа от 400 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Имаше увеличение на вътрешната енергия

2. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 2300 джаула, и е успял да извърши работа от 1350 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Имаше увеличение на вътрешната енергия

3. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 6100 джаула, и е успял да извърши работа от 940 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Имаше увеличение на вътрешната енергия

4. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 150 джаула, и е успял да направи работа от 30 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Имаше увеличение на вътрешната енергия

5. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 3400 джаула, и е успял да извърши работа от 1960 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Имаше увеличение на вътрешната енергия

6. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 1500 джаула, и е успял да извърши работа от 2400 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Имаше спад на вътрешната енергия

7. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 9600 джаула, и е успял да извърши работа от 14000 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Имаше спад на вътрешната енергия

8. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 2800 джаула, и е успял да извърши работа от 3600 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Имаше спад на вътрешната енергия

9. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 1900 джаула, и е успял да извърши работа от 2100 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Имаше спад на вътрешната енергия

10. - Използвайки Първия закон на термодинамиката, изчислете промяната във вътрешната енергия на система, към която е добавена топлина от 200 джаула, и е успял да извърши работа от 400 джаула.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Имаше спад на вътрешната енергия