Sisäinen energia termodynamiikassa

Sisäinen energia on termodynaaminen määrä, joka on yhtä suuri kuin kaikkien järjestelmän energioiden summa, kuten kinetiikka ja potentiaali. Se on ollut edustettuina nimellä E, ja joskus nimellä U.

E = Ec + Ep +…

Se määrittelee Ensimmäinen termodynamiikan laki. Tämä laki vahvistaa energiansäästöToisin sanoen sitä ei luoda eikä tuhota. Toisin sanoen tämä laki on muotoiltu sanomalla, että tietylle muodon määrälle katoava energia, sen toinen muoto ilmestyy yhtä paljon puuttuvaan määrään.

Energian yksikkö, mitataan Joule (J) -yksikköinä, kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaan.

Termodynamiikan ensimmäinen laki selitetään joillakin järjestelmään lisätty lämpömäärä "q". Tämä määrä lisää järjestelmän sisäisen energian kasvua ja tekee myös jonkin verran ulkoista työtä "w" mainitun lämmönabsorption seurauksena.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Jos julistamme ΔE: ksi järjestelmän sisäisen energian kasvun ja "w" järjestelmän tekemän työn ääriviivalla, meillä on edellinen kaava.

Yhtälö muodostaa termodynamiikan ensimmäisen lain matemaattisen perustamisen. Koska sisäinen energia riippuu vain järjestelmän tilasta, niin sen muutos ΔE, joka liittyy tilan kulkuun, jossa sisäinen energia on E

₁ toiseen, missä on E₂ on annettava:

ΔE = E₂ - E₁

ΔE riippuu siten vain järjestelmän alkutilasta ja lopputilasta eikä millään tavalla tapasta, jolla tällainen muutos on tehty.

Nämä näkökohdat eivät koske "w": tä ja "q": tä, koska niiden suuruus riippuu tavasta, jolla työ tehdään siirtymässä alkutilasta lopulliseen tilaan.

Symboli "w" edustaa järjestelmän kokonaistyötä. Esimerkiksi galvaanisessa kennossa w voi sisältää tarjotun sähkövirran plus, jos muutos tapahtuu tilavuus, mikä tahansa energia, jota käytetään laajenemiseen tai supistumiseen vastakkaista painetta vastaan "P".

Tilavuuden muutos näkyy parhaiten esimerkiksi polttomoottorin männässä. Järjestelmän tekemä työ vastakkaista painetta "p" vastaan, joka on ulkoinen, ja tilavuuden muutos V: stä₁ asti V₂, kuvataan kaavalla:

w = pΔV

Jos järjestelmän ainoa työ on luonteeltaan, tämän yhtälön korvaaminen termodynamiikan ensimmäisessä laissa on:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Ensimmäisen termodynamiikan lain yhtälöt ovat täysin yleisiä ja koskevat sisäisen energian muutoksen ΔE, työn w, lämmön q laskemista. Erityisolosuhteissa nämä yhtälöt voivat kuitenkin olla erityisiä.

1.- Kun Äänenvoimakkuus on vakio: jos äänenvoimakkuus ei vaihtele, ΔV = 0, ja työ w on 0. Siksi sitä pidetään vain:

ΔE = q

2.- Kun opposition paine p on nolla: Tämän tyyppistä prosessia kutsutaan ilmaiseksi laajennukseksi. Siksi, jos p = 0, niin w lasketaan w = 0. Uudelleen:

ΔE = q

Suuruudet q, w ja AE ovat kokeellisesti mitattavissa, mutta E: n suuruudet sinänsä eivät ole; Tämä viimeinen tosiasia ei ole este termodynamiikassa, koska olemme kiinnostuneita pääasiassa E: n (ΔE) muutoksista, ei absoluuttisista arvoista.

Esimerkkejä sisäisestä energiasta

1. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 1500 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 400 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Sisäinen energia lisääntyi

2. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 2300 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 1350 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Sisäinen energia lisääntyi

3.- Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 6100 joulen lämpöä ja joka on onnistunut suorittamaan 940 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Sisäinen energia lisääntyi

4. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 150 joulen lämpö ja joka on onnistunut tekemään 30 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Sisäinen energia lisääntyi

5. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 3400 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 1960 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Sisäinen energia lisääntyi

6. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 1500 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 2400 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

AE = -900 J

Sisäinen energia väheni

7. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 9600 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 14000 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

AE = -4400 J

Sisäinen energia väheni

8. - Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 2800 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 3600 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

AE = -800 J

Sisäinen energia väheni

9.- Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 1900 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 2100 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Sisäinen energia väheni

10.- Laske ensimmäisen termodynamiikan lain avulla järjestelmän sisäisen energian muutos, johon on lisätty 200 joulen lämpö ja joka on onnistunut suorittamaan 400 joulen työn.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Sisäinen energia väheni