Vnitřní energie v termodynamice

The Vnitřní energie je termodynamická veličina, která se rovná součet všech energií systému, jako je kinetika a potenciál. Bylo to reprezentován jako E., a někdy jako U.

E = Ec + Ep +…

Je to ten, který definuje První zákon termodynamiky. Tento zákon stanoví úspora energieJinými slovy, není ani vytvořen, ani zničen. Jinými slovy, tento zákon je formulován tak, že pro dané množství formy je řečeno mizející energie, objeví se její další forma ve stejném množství na chybějící částku.

Být jednotkou energie, se měří v jednotkách Joule (J), podle Mezinárodního systému jednotek.

První zákon termodynamiky je vysvětlen několika množství tepla „q“ přidaného do systému. Toto množství způsobí zvýšení vnitřní energie systému a bude také provádět nějakou vnější práci „w“ v důsledku zmíněné absorpce tepla.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Pokud deklarujeme jako ΔE nárůst vnitřní energie systému a „w“ práci vykonanou systémem na obrysu, pak budeme mít předchozí vzorec.

Rovnice představuje matematické ustavení prvního zákona termodynamiky. Protože vnitřní energie závisí pouze na stavu systému, pak samotná změna ΔE se podílí na přechodu stavu, kdy je vnitřní energie E

₁ do jiného, ​​kde je E₂ musí být dáno:

ΔE = E₂ - E₁

ΔE tedy závisí pouze na počátečním a konečném stavu systému a v žádném případě na způsobu, jakým byla taková změna provedena.

Tyto úvahy se nevztahují na „w“ a „q“, protože jejich velikost závisí na způsobu, jakým se pracuje při přechodu z počátečního stavu do konečného stavu.

Symbol „w“ představuje celkovou práci odvedenou systémem. Například v galvanickém článku může w zahrnout dodanou elektrickou energii plus, pokud dojde ke změně objem, veškerá energie použitá k uskutečnění expanze nebo kontrakce proti nepřátelskému tlaku „P“.

Změna objemu je nejlépe vidět například na pístu spalovacího motoru. Práce vykonaná systémem proti opačnému tlaku „p“, který je vnější, a se změnou hlasitosti z V₁ až do V₂, je popsán vzorcem:

w = pΔV

Je-li jedinou prací systému takovýto charakter, pak substituce této rovnice v prvním zákoně termodynamiky je:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Rovnice prvního termodynamického zákona jsou naprosto obecné a platí pro výpočet změny vnitřní energie ΔE, práce w, tepla q. Za zvláštních podmínek však mohou mít tyto rovnice určité formy.

1. - Když Hlasitost je konstantní: pokud se hlasitost nemění, pak ΔV = 0 a práce w bude 0. Proto se uvažuje pouze:

ΔE = q

2. - Když opoziční tlak p je nula: Proces tohoto typu se nazývá Free Expansion. Proto pokud p = 0, pak w se bude počítat jako w = 0. Znovu:

ΔE = q

Veličiny q, w a ΔE jsou experimentálně měřitelné, ale velikosti E jako takové nejsou; Tato poslední skutečnost není překážkou v termodynamice, protože nás zajímají hlavně změny E (ΔE), nikoli absolutní hodnoty.

Příklady vnitřní energie

1. - Pomocí prvního zákona termodynamiky spočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 1 500 J, a podařilo se mu vykonat práci 400 J.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Došlo ke zvýšení vnitřní energie

2. - Pomocí prvního zákona termodynamiky vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 2300 J, a podařilo se mu vykonat práci 1350 J.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Došlo ke zvýšení vnitřní energie

3. - Pomocí prvního zákona termodynamiky vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 6100 joulů, a podařilo se mu vykonat práci 940 joulů.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Došlo ke zvýšení vnitřní energie

4.- Pomocí prvního zákona termodynamiky spočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 150 joulů, a podařilo se mu udělat práci 30 joulů.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Došlo ke zvýšení vnitřní energie

5. - Pomocí prvního zákona termodynamiky spočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 3 400 J, a podařilo se mu provést práci 1 60 J.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Došlo ke zvýšení vnitřní energie

6. - Pomocí prvního termodynamického zákona vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 1 500 J, a podařilo se mu vykonat práci 2 400 J.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Došlo k poklesu vnitřní energie

7.- Pomocí prvního termodynamického zákona vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 9600 joulů, a podařilo se mu vykonat práci 14000 joulů.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Došlo k poklesu vnitřní energie

8.- Pomocí prvního termodynamického zákona vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 2 800 J, a podařilo se mu vykonat práci 3 600 J.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Došlo k poklesu vnitřní energie

9. - Pomocí prvního zákona termodynamiky spočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 1900 Joulů, a podařilo se mu provést práci 2100 Joulů.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Došlo k poklesu vnitřní energie

10. - Pomocí prvního zákona termodynamiky vypočítejte změnu vnitřní energie systému, ke kterému bylo přidáno teplo 200 J, a podařilo se mu vykonat práci 400 J.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Došlo k poklesu vnitřní energie