Unutarnja energija u termodinamici

The Unutarnja energija je termodinamička veličina koja je jednaka zbroj svih energija sustava, kao što su kinetika i potencijal. Bilo je predstavljen kao E, a ponekad i kao U.

E = Ec + Ep +…

To je ono koje definira Prvi zakon termodinamike. Ovim se zakonom utvrđuje očuvanje energijeDrugim riječima, niti se stvara niti uništava. Drugim riječima, ovaj zakon formuliran je rekavši da za datu količinu oblika nestajanje energije, drugi oblik pojavit će se u jednakoj količini na iznos koji nedostaje.

Kao jedinica energije, mjeri se u Joule (J) jedinicama, prema Međunarodnom sustavu jedinica.

Prvi zakon termodinamike objašnjava se s nekima količina topline "q" dodana u sustav. Ova količina će dovesti do povećanja unutarnje energije sustava, a također će obaviti i neke vanjske radove "w" kao posljedicu spomenute apsorpcije topline.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Ako kao ΔE proglasimo porast unutarnje energije sustava i "w" rad koji je sustav izvršio na konturi, tada ćemo imati prethodnu formulu.

Jednadžba predstavlja matematičku uspostavu Prvog zakona termodinamike. Kako unutarnja energija ovisi samo o stanju sustava, tada i sama promjena ΔE, uključena u prolazak stanja u kojem je unutarnja energija E

₁ na drugo gdje je E₂ mora dati:

ΔE = E₂ - E₁

ΔE tako ovisi samo o početnom i konačnom stanju sustava, a ni na koji način o načinu na koji je takva promjena izvršena.

Ta se razmatranja ne odnose na "w" i "q", jer njihova veličina ovisi o načinu obavljanja posla u prijelazu iz početnog u konačno stanje.

Simbol "w" predstavlja ukupan rad sustava. Na primjer, u galvansku ćeliju w može uključivati ​​isporučenu električnu energiju, plus ako dođe do promjene volumen, bilo koja energija koja se koristi za širenje ili skupljanje protivnog pritiska "P".

Promjena obujma najbolje se vidi, na primjer, u klipu motora s unutarnjim izgaranjem. Rad koji je sustav obavio protiv suprotnog pritiska "p", koji je vanjski, i s promjenom glasnoće od V₁ do V₂, opisan je formulom:

w = pΔV

Ako je jedini posao koji sustav radi ove prirode, tada je zamjena ove jednadžbe u Prvom zakonu termodinamike:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Jednadžbe Prvog zakona termodinamike savršeno su općenite i primjenjuju se na izračun promjene unutarnje energije ΔE, rad w, toplina q. Međutim, pod posebnim uvjetima ove jednadžbe mogu poprimiti određene oblike.

1.- Kad Volumen je konstantan: ako volumen ne varira, tada je ΔV = 0, a rad w bit će 0. Stoga se uzima u obzir samo:

ΔE = q

2.- Kad se oporbeni pritisak p je nula: Proces ove vrste naziva se Besplatno širenje. Prema tome, ako je p = 0, tada će se w izračunati kao w = 0. Opet:

ΔE = q

Količine q, w i ΔE su eksperimentalno mjerljive, ali veličine E kao takve nisu; ova posljednja činjenica nije prepreka u termodinamici, jer nas uglavnom zanimaju promjene E (ΔE), a ne apsolutne vrijednosti.

Primjeri unutarnje energije

1. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 1500 Joula i uspio je izvesti djelo od 400 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Došlo je do porasta unutarnje energije

2.- Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 2300 Joula i uspio je izvršiti rad od 1350 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Došlo je do porasta unutarnje energije

3. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 6100 Joula i uspio je izvesti djelo od 940 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Došlo je do porasta unutarnje energije

4. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 150 Joula i uspio je napraviti posao od 30 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Došlo je do porasta unutarnje energije

5. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 3400 Joula i uspio je izvesti djelo iz 1960 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Došlo je do porasta unutarnje energije

6. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 1500 Joula i uspio je izvršiti rad od 2400 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Došlo je do smanjenja unutarnje energije

7.- Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 9600 Joula i uspio je izvršiti rad od 14000 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Došlo je do smanjenja unutarnje energije

8. - Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 2800 Joula i uspio je izvršiti rad od 3600 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Došlo je do smanjenja unutarnje energije

9.- Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 1900 Joula i uspio je izvesti djelo od 2100 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Došlo je do smanjenja unutarnje energije

10.- Koristeći Prvi zakon termodinamike, izračunajte promjenu unutarnje energije sustava kojem je dodana toplina od 200 Joula i uspio je izvesti djelo od 400 Joula.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Došlo je do smanjenja unutarnje energije