Énergie interne en thermodynamique

La Énergie interne est la quantité thermodynamique qui est égale à la somme de toutes les énergies d'un système, comme la cinétique et le potentiel. Il a représenté par E, et parfois comme U.

E = Ec + Ep +…

C'est celui qui définit le Première loi de la thermodynamique. Cette loi établit la conservation de l'énergieEn d'autres termes, il n'est ni créé ni détruit. En d'autres termes, cette loi est formulée en disant que pour une quantité donnée d'une forme de énergie disparaissant, une autre forme apparaîtra en quantité égale au montant manquant.

Étant une unité d'énergie, est mesurée en unités Joule (J), selon le Système international d'unités.

La première loi de la thermodynamique est expliquée avec quelques quantité de chaleur "q" ajoutée au système. Cette quantité donnera lieu à une augmentation de l'énergie interne du système, et fera également un certain travail externe "w" en conséquence de ladite absorption de chaleur.

E + w = ​​​​q

E = q - w

Si nous déclarons comme ΔE l'augmentation de l'énergie interne du système et "w" le travail effectué par le système sur le contour, alors nous aurons la formule précédente.

L'équation constitue l'établissement mathématique de la première loi de la thermodynamique. Comme l'énergie interne ne dépend que de l'état d'un système, alors le changement de ΔE lui-même, impliqué dans le passage d'un état où l'énergie interne est E₁ à un autre où est E₂ doit être donné par :

E = E₂ -E₁

ΔE ne dépend donc que des états initial et final du système et en aucun cas de la manière dont un tel changement a été effectué.

Ces considérations ne s'appliquent pas à "w" et "q", car l'amplitude de ceux-ci dépend de la manière dont le travail est effectué dans le passage de l'état initial à l'état final.

Le symbole "w" représente le travail total effectué par un système. Dans une cellule galvanique, par exemple, w peut inclure la puissance électrique fournie, plus, s'il y a un changement volume, toute énergie utilisée pour effectuer une expansion ou une contraction contre une pression opposée "P".

Le changement de volume est mieux vu dans le piston d'un moteur à combustion interne, par exemple. Le travail effectué par le système contre une pression opposée "p", qui est externe, et avec un changement de Volume de V₁ jusqu'à V₂, est décrit par la formule :

w = pΔV

Si le seul travail effectué par le système est de cette nature, alors la substitution de cette équation dans la première loi de la thermodynamique est :

E = q - w -> ΔE = q - pΔV

Les équations de la première loi de la thermodynamique sont parfaitement générales et s'appliquent au calcul du changement d'énergie interne ΔE, travail w, chaleur q. Cependant, dans des conditions particulières, ces équations peuvent prendre des formes particulières.

1.- Lorsque le Le volume est constant: si le volume ne varie pas, alors ΔV = 0, et le travail w sera égal à 0. Par conséquent, il est seulement considéré :

E = q

2.- Lorsque le la pression d'opposition p est nulle: Un processus de ce type est appelé Free Expansion. Par conséquent, si p = 0, alors w sera calculé comme w = 0. De nouveau:

E = q

Les quantités q, w et ΔE sont mesurables expérimentalement, mais les grandeurs de E en tant que telles ne le sont pas; ce dernier fait n'est pas un obstacle en Thermodynamique, puisque nous nous intéressons principalement aux changements de E (ΔE), et non aux valeurs absolues.

Exemples d'énergie interne

1.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 1500 joules a été ajoutée et a réussi à effectuer un travail de 400 joules.

E = q - w

E = 1500 J - 400 J

E = 1100 J

Il y a eu une augmentation de l'énergie interne

2.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 2300 Joules a été ajoutée, et a réussi à effectuer un travail de 1350 Joules.

E = q - w

E = 2300 J - 1350 J

E = 950 J

Il y a eu une augmentation de l'énergie interne

3.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 6100 joules a été ajoutée et a réussi à effectuer un travail de 940 joules.

E = q - w

E = 6100 J - 940 J

E = 5160 J

Il y a eu une augmentation de l'énergie interne

4.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 150 joules a été ajoutée, et a réussi à faire un travail de 30 joules.

E = q - w

E = 150 J - 30 J

E = 120 J

Il y a eu une augmentation de l'énergie interne

5.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez la variation d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 3400 Joules a été ajoutée, et a réussi à effectuer un travail de 1960 Joules.

E = q - w

E = 3400 J - 1960 J

E = 1440 J

Il y a eu une augmentation de l'énergie interne

6.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 1500 Joules a été ajoutée, et a réussi à effectuer un travail de 2400 Joules.

E = q - w

E = 1500 J - 2400 J

E = -900 J

Il y avait une diminution de l'énergie interne

7.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 9600 Joules a été ajoutée et a réussi à effectuer un travail de 14000 Joules.

E = q - w

E = 9600 J - 14000 J

E = -4400 J

Il y avait une diminution de l'énergie interne

8.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 2800 Joules a été ajoutée, et a réussi à effectuer un travail de 3600 Joules.

E = q - w

E = 2800 J - 3600 J

E = -800 J

Il y avait une diminution de l'énergie interne

9.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculez la variation d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 1900 Joules a été ajoutée, et a réussi à effectuer un travail de 2100 Joules.

E = q - w

E = 1900 J - 2100 J

E = -200 J

Il y avait une diminution de l'énergie interne

10.- En utilisant la première loi de la thermodynamique, calculer le changement d'énergie interne d'un système auquel une chaleur de 200 joules a été ajoutée et a réussi à effectuer un travail de 400 joules.

E = q - w

E = 200 J - 400 J

E = -200 J

Il y avait une diminution de l'énergie interne