Εσωτερική ενέργεια στη θερμοδυναμική

Η φυσικη / by admin / July 04, 2021

protection click fraud

ο Εσωτερική ενέργεια είναι η θερμοδυναμική ποσότητα που ισούται με το άθροισμα όλων των ενεργειών ενός συστήματος, όπως η κινητική και το δυναμικό. Ήταν εκπροσωπείται ως Εκαι μερικές φορές ως U.

E = Ec + Ep +…

Είναι αυτό που ορίζει το Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής. Αυτός ο νόμος θεσπίζει το διατήρηση ενέργειαςΜε άλλα λόγια, δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Με άλλα λόγια, αυτός ο νόμος διατυπώνεται λέγοντας ότι για μια δεδομένη ποσότητα μιας μορφής εξαφανίζοντας ενέργεια, μια άλλη μορφή θα εμφανιστεί σε ίση ποσότητα στο ποσό που λείπει.

Όντας μονάδα Ενέργειας, μετριέται σε μονάδες Joule (J), σύμφωνα με το Διεθνές Σύστημα Μονάδων.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής εξηγείται με κάποιους ποσότητα θερμότητας "q" που προστίθεται στο σύστημα. Αυτή η ποσότητα θα οδηγήσει σε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος, και θα κάνει επίσης κάποια εξωτερική εργασία "w" ως συνέπεια της εν λόγω απορρόφησης θερμότητας.

ΔE + w = q

ΔΕ = q - β

Αν δηλώσουμε ως ΔE την αύξηση της Εσωτερικής Ενέργειας του συστήματος και «w» τη δουλειά του συστήματος στο περίγραμμα, τότε θα έχουμε τον προηγούμενο τύπο.

instagram story viewer

Η εξίσωση αποτελεί τη μαθηματική δημιουργία του Πρώτου Νόμου της Θερμοδυναμικής. Καθώς η εσωτερική ενέργεια εξαρτάται μόνο από την κατάσταση ενός συστήματος, τότε η αλλαγή του ίδιου του ΔΕ, που εμπλέκεται στο πέρασμα μιας κατάστασης όπου η εσωτερική ενέργεια είναι Ε₁ σε άλλο πού είναι το Ε₂ πρέπει να δοθεί από:

ΔΕ = Ε₂ - Ε₁

Το ΔΕ εξαρτάται λοιπόν μόνο από τις αρχικές και τελικές καταστάσεις του συστήματος και σε καμία περίπτωση από τον τρόπο με τον οποίο έχει γίνει μια τέτοια αλλαγή.

Αυτές οι εκτιμήσεις δεν ισχύουν για τα "w" και "q", επειδή το μέγεθος αυτών εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η εργασία στο πέρασμα από την αρχική κατάσταση στην τελική κατάσταση.

Το σύμβολο "w" αντιπροσωπεύει τη συνολική εργασία που πραγματοποιείται από ένα σύστημα. Σε ένα γαλβανικό στοιχείο, για παράδειγμα, μπορεί να συμπεριληφθεί η παρεχόμενη ηλεκτρική ισχύς, επιπλέον, εάν υπάρχει αλλαγή όγκος, κάθε ενέργεια που χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση διαστολής ή συστολής έναντι αντίθετης πίεσης "Π".

Η αλλαγή του όγκου φαίνεται καλύτερα στο έμβολο ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης, για παράδειγμα. Η εργασία που έγινε από το σύστημα ενάντια σε μια αντίθετη πίεση "p", η οποία είναι η εξωτερική, και με μια αλλαγή στην ένταση από V₁ έως V₂, περιγράφεται με τον τύπο:

w = pΔV

Εργασία πίεσης-όγκου στο έμβολο αυτοκινήτων

Εάν η μόνη εργασία που γίνεται από το σύστημα είναι τέτοιας φύσης, τότε η αντικατάσταση αυτής της εξίσωσης στον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής είναι:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Οι εξισώσεις του Πρώτου Νόμου της Θερμοδυναμικής είναι απόλυτα γενικές και ισχύουν για τον υπολογισμό της Αλλαγής Εσωτερικής Ενέργειας ΔE, Work w, Heat q. Ωστόσο, υπό ειδικές συνθήκες αυτές οι εξισώσεις μπορούν να λάβουν συγκεκριμένες μορφές.

1.- Όταν το Ο όγκος είναι σταθερός: εάν η ένταση δεν μεταβάλλεται, τότε ΔV = 0, και η εργασία θα είναι 0. Επομένως, θεωρείται μόνο:

ΔΕ = q

2.- Όταν το η πίεση αντίθεσης p είναι μηδέν: Μια διαδικασία αυτού του τύπου ονομάζεται Δωρεάν επέκταση. Επομένως, εάν p = 0, τότε το w θα υπολογιστεί ως w = 0. Πάλι:

ΔΕ = q

Οι ποσότητες q, w και ΔE είναι πειραματικά μετρήσιμες, αλλά τα μεγέθη του E ως τέτοια δεν είναι. Αυτό το τελευταίο γεγονός δεν αποτελεί εμπόδιο στη Θερμοδυναμική, καθώς ενδιαφερόμαστε κυρίως για τις αλλαγές του Ε (ΔΕ) και όχι για τις απόλυτες τιμές.

Παραδείγματα εσωτερικής ενέργειας

1.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή στην εσωτερική Ενέργεια ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 1500 Joules και κατάφερε να εκτελέσει ένα έργο 400 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔΕ = 1100 J

Υπήρξε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας

2.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή της εσωτερικής Ενέργειας ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 2300 Joules και κατάφερε να εκτελέσει ένα έργο 1350 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔΕ = 950 J

Υπήρξε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας

3.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή στην εσωτερική Ενέργεια ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 6100 Joules και κατάφερε να εκτελέσει ένα έργο 940 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔΕ = 5160 J

Υπήρξε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας

4.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή στην εσωτερική Ενέργεια ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 150 Joules και κατάφερε να κάνει μια εργασία 30 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 150 J - 30 J

ΔΕ = 120 J

Υπήρξε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας

5.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 3400 Joules και κατάφερε να εκτελέσει ένα έργο του 1960 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔΕ = 1440 J

Υπήρξε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας

6.- Χρησιμοποιώντας τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, υπολογίστε την αλλαγή στην εσωτερική Ενέργεια ενός συστήματος στο οποίο έχει προστεθεί θερμότητα 1500 Joules και κατάφερε να εκτελέσει ένα έργο 2400 Joules.

ΔΕ = q - β

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J