Belső energia a termodinamikában

A Belső energia az a termodinamikai mennyiség, amely megegyezik a a rendszer összes energiájának összege, mint a kinetika és a potenciál. Akkor már E néven képviselve, és néha U.-ként.

E = Ec + Ep +…

Ez határozza meg a A termodinamika első törvénye. Ez a törvény megállapítja a energiatakarékosságMás szóval, nem jön létre és nem semmisül meg. Más szavakkal, ez a törvény úgy van megfogalmazva, hogy egy adott mennyiségű formához eltűnő energia, annak egy másik formája azonos mennyiségben jelenik meg a hiányzó összegig.

Energiaegységként lévén, Joule (J) egységben mérjük, az egységek nemzetközi rendszere szerint.

A termodinamika első törvényét egyesekkel magyarázzuk a rendszerbe adott "q" hőmennyiség. Ez a mennyiség megnöveli a rendszer belső energiáját, és a hőelnyelés következtében "w" külső munkát is végez.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Ha ΔE-ként deklaráljuk a rendszer belső energiájának növekedését és „a rendszer által a kontúron végzett munkát”, akkor megkapjuk az előző képletet.

Az egyenlet alkotja a termodinamika első törvényének matematikai megalapozását. Mivel a belső energia csak egy rendszer állapotától függ, akkor annak ΔE változása részt vesz egy olyan állapot áthaladásában, ahol a belső energia E

₁ egy másikba, ahol E van₂ meg kell adni:

ΔE = E₂ - E₁

A ΔE tehát csak a rendszer kezdeti és végső állapotától függ, és semmiképpen sem attól, ahogyan ilyen változás történt.

Ezek a megfontolások nem vonatkoznak a "w" és a "q" kifejezésre, mert ezek nagysága attól függ, hogy a munka milyen módon történik a kezdeti állapotból a végső állapotba való átmenet során.

A "w" szimbólum a rendszer teljes munkáját jelöli. Például egy galvanikus cellában w tartalmazhatja a biztosított elektromos energiát, plusz, ha változás történik térfogat, minden energia, amelyet az ellentétes nyomás ellen tágulás vagy összehúzódás végrehajtására használnak "P".

A térfogatváltozás leginkább a belső égésű motor dugattyújában látható. A rendszer által végzett munka egy ellentétes "p" nyomás ellen, amely a külső, és a térfogat változásával V₁ V-ig₂, a következő képlettel írják le:

w = pΔV

Ha a rendszer egyetlen munkája ilyen jellegű, akkor ennek az egyenletnek a helyettesítése a termodinamika első törvényében:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

A termodinamika első törvényének egyenletei tökéletesen általánosak és alkalmazhatók a belső energia változásának ΔE, Work w, Heat q kiszámítására. Különleges körülmények között ezek az egyenletek azonban bizonyos formákat ölthetnek.

1.- Amikor a A hangerő állandó: ha a térfogat nem változik, akkor ΔV = 0, és a w munka 0 lesz. Ezért csak a következőket veszik figyelembe:

ΔE = q

2.- Amikor a az ellenzék nyomása p nulla: Egy ilyen típusú folyamatot úgy hívnak, hogy Free Expansion. Ezért, ha p = 0, akkor w értéke w = 0. Újra:

ΔE = q

A q, w és ΔE mennyiségek kísérletileg mérhetők, de az E nagysága önmagában nem; Ez az utóbbi tény nem akadály a termodinamikában, mivel elsősorban az E (ΔE) változásai érdekelnek minket, és nem az abszolút értékek.

Példák a belső energiára

1.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 1500 Joule hőt adtak, és sikerült 400 Joule munkát elvégezni.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Növekedett a belső energia

2.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 2300 Joule hő hozzáadódott, és sikerült 1350 Joule művet végrehajtania.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Növekedett a belső energia

3.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 6100 joule hőt adtak, és sikerült 940 joule munkát elvégeznie.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Növekedett a belső energia

4.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 150 Joule hőt adtak, és sikerült 30 Joule munkát elvégezni.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Növekedett a belső energia

5.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 3400 Joule hőt adtak, és sikerült 1960 Joule művet végrehajtania.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Növekedett a belső energia

6.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 1500 Joule hőt adtak, és sikerült 2400 Joule munkát elvégezni.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Csökkent a belső energia

7.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 9600 Joule hővel egészítették ki, és 14000 Joule munkát sikerült elvégeznie.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Csökkent a belső energia

8.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 2800 joule hő hozzáadódott, és sikerült 3600 joule munkát elvégeznie.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Csökkent a belső energia

9.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 1900 joule hő került hozzá, és 2100 joule munkát sikerült elvégeznie.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Csökkent a belső energia

10.- A termodinamika első törvényének felhasználásával számítsa ki egy olyan rendszer belső energiájának változását, amelyhez 200 Joule hőt adtak, és sikerült 400 Joule munkát elvégezni.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Csökkent a belső energia