შინაგანი ენერგია თერმოდინამიკაში

შინაგანი ენერგია არის თერმოდინამიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია სისტემის ყველა ენერგიის ჯამი, როგორიცაა კინეტიკა და პოტენციალი. Ის იყო წარმოდგენილია როგორც ედა ზოგჯერ როგორც U.

E = Ec + Ep +

ეს არის ის, ვინც განსაზღვრავს თერმოდინამიკის პირველი კანონი. ეს კანონი ადგენს ენერგიის დაზოგვასხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ის არც იქმნება და არც განადგურებულია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს კანონი ჩამოყალიბებულია იმით, რომ მოცემული რაოდენობის ფორმაა ენერგიის გაქრობა, მისი სხვა ფორმა თანაბარი რაოდენობით გამოჩნდება დაკარგული თანხა.

როგორც ენერგიის ერთეული, იზომება ჯოულის (J) ერთეულებში, ქვედანაყოფების საერთაშორისო სისტემის თანახმად.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ზოგით არის განმარტებული სითბოს რაოდენობა "q" ემატება სისტემას. ეს სიდიდე გამოიწვევს სისტემის შიდა ენერგიის ზრდას და ასევე შეასრულებს ზოგიერთ გარე სამუშაო "w" - ს სითბოს შეწოვის შედეგად.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

თუ ΔE- ს განვაცხადებთ სისტემის შინაგანი ენერგიის ზრდას და სისტემის მიერ კონტურზე შესრულებულ სამუშაოს "w", მაშინ გვექნება წინა ფორმულა.

განტოლება წარმოადგენს თერმოდინამიკის პირველი კანონის მათემატიკურ დამკვიდრებას. რადგან შინაგანი ენერგია დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის მდგომარეობაზე, მაშინ მისი ცვლილება ΔE, ჩართულია იმ მდგომარეობაში, სადაც შინაგანი ენერგიაა E

₁ მეორეს სად არის E₂ უნდა მიეცეს:

ΔE = E₂ - ე₁

ამრიგად, ΔE დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის საწყის და საბოლოო მდგომარეობებზე და არანაირად, ამგვარი ცვლილების განხორციელების გზაზე.

ეს მოსაზრებები არ ეხება "w" - ს და "q" - ს, რადგან მათი სიდიდე დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ შესრულდება სამუშაო საწყისი მდგომარეობიდან საბოლოო მდგომარეობაში გადასვლისას.

სიმბოლო "w" წარმოადგენს სისტემის მიერ შესრულებულ მთლიან სამუშაოს. მაგალითად, გალვანურ უჯრედში w შეიძლება შეიცავდეს მოცემულ ელექტროენერგიას, გარდა ამისა, ცვლილების შეტანის შემთხვევაში მოცულობა, ნებისმიერი ენერგია, რომელიც გამოიყენება გაფართოების ან შემცირების საწინააღმდეგო წნევის წინააღმდეგ "პ"

მოცულობის ცვლილება საუკეთესოდ ჩანს შინაგანი წვის ძრავის დგუში, მაგალითად. სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაო საპირისპირო წნევის "p" წინააღმდეგ, რომელიც არის გარეგანი და მოცულობის V– ით შეცვლით₁ ვ-მდე₂, აღწერილია ფორმულით:

w = pΔV

თუ სისტემის მიერ შესრულებული ერთადერთი სამუშაოა ამ ხასიათის, მაშინ ამ განტოლების ჩანაცვლება თერმოდინამიკის პირველ კანონში არის:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

თერმოდინამიკის პირველი კანონის განტოლებები აბსოლუტურად ზოგადია და ვრცელდება ΔE, Work w, Heat q ენერგიის ცვლილების გაანგარიშებაზე. ამასთან, სპეციალურ პირობებში ამ განტოლებებს შეუძლიათ მიიღონ კონკრეტული ფორმები.

1.- როდესაც მოცულობა მუდმივია: თუ მოცულობა არ იცვლება, მაშინ ΔV = 0, და ნამუშევარი w იქნება 0. ამიტომ მხოლოდ ის განიხილება:

ΔE = q

2.- როდესაც ოპოზიციური წნევა p ნულოვანია: ამ ტიპის პროცესს Free Expansion ეწოდება. ამიტომ, თუ p = 0, მაშინ w გამოითვლება w = 0. ისევ:

ΔE = q

Q, w და ​​ΔE სიდიდეები ექსპერიმენტულად იზომება, მაგრამ E– ს სიდიდეები არ არის; ეს უკანასკნელი ფაქტი არ წარმოადგენს დაბრკოლებას თერმოდინამიკაში, რადგან ჩვენ ძირითადად გვაინტერესებს E (ΔE) ცვლილებები და არა აბსოლუტური მნიშვნელობები.

შინაგანი ენერგიის მაგალითები

1.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც 1500 ჯოულის სითბო დაემატა და 400 ჯოულის სამუშაო შეასრულა.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

შეინიშნებოდა შინაგანი ენერგიის ზრდა

2.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც 2300 ჯოულის სითბო დაემატა და 1350 ჯოულის სამუშაო შეასრულა.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

შეინიშნებოდა შინაგანი ენერგიის ზრდა

3.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შინაგანი ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 6100 ჯოულის სითბო და მოახერხა 940 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

შეინიშნებოდა შინაგანი ენერგიის ზრდა

4. - თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 150 ჯოულის სითბო და მოახერხა 30 ჯოულის სამუშაო.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

შეინიშნებოდა შინაგანი ენერგიის ზრდა

5.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 3400 ჯოულის სითბო და მოახერხა 1960 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

შეინიშნებოდა შინაგანი ენერგიის ზრდა

6.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც 1500 ჯოულის სითბო დაემატა და მან შეძლო 2400 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 ჯ

შემცირდა შინაგანი ენერგია

7.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 9600 ჯოულის სითბო და მოახერხა 14000 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 ჯ

შემცირდა შინაგანი ენერგია

8.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 2800 ჯოულის სითბო და მოახერხა 3600 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 ჯ

შემცირდა შინაგანი ენერგია

9.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შინაგანი ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 1900 ჯოულის სითბო და მოახერხა 2100 ჯოულის ნამუშევრის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

შემცირდა შინაგანი ენერგია

10.- თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებით გამოთვალეთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელსაც დაემატა 200 ჯოულის სითბო და მოახერხა 400 ჯოულის მუშაობის შესრულება.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

შემცირდა შინაგანი ენერგია