열역학의 내부 에너지

그만큼 내부 에너지 다음과 같은 열역학적 양입니다. 시스템의 모든 에너지의 합, 같은 역학 및 잠재력. 그것은되었습니다 E로 표시, 때로는 U.

E = Ec + Ep +…

그것은 정의하는 것입니다 열역학 제 1 법칙. 이 법은 에너지 절약즉, 생성되거나 파괴되지 않습니다. 즉, 이 법칙은 주어진 양에 대해 사라지는 에너지, 그것의 다른 형태는 같은 양으로 나타날 것입니다 누락 된 금액에.

에너지 단위이기 때문에 줄 (J) 단위로 측정됩니다., 국제 단위계에 따르면.

열역학 제 1 법칙은 시스템에 추가 된 열량 "q". 이 양은 시스템의 내부 에너지를 증가시키고, 열 흡수의 결과로 일부 외부 작업 "w"를 수행합니다.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q-w

시스템의 내부 에너지 증가를 ΔE로 선언하고 윤곽에서 시스템이 수행 한 작업을 "w"로 선언하면 이전 공식을 갖게됩니다.

이 방정식은 열역학 제 1 법칙의 수학적 확립을 구성합니다. 내부 에너지는 시스템의 상태에만 의존하므로 내부 에너지가 E 인 상태의 통과와 관련된 ΔE 자체의 변화₁ E는 다른 곳으로₂ 다음에서 제공해야합니다.

ΔE = E₂ -E₁

따라서 ΔE는 시스템의 초기 및 최종 상태에만 의존하고 그러한 변경이 이루어진 방식에는 의존하지 않습니다.

이러한 고려 사항은 "w"및 "q"에는 적용되지 않습니다. 이러한 고려 사항의 크기는 초기 상태에서 최종 상태로 이동하는 과정에서 작업이 수행되는 방식에 따라 달라지기 때문입니다.

기호 "w"는 시스템이 수행 한 전체 작업을 나타냅니다. 예를 들어, 갈바니 전지에서 w는 제공된 전력을 포함 할 수 있으며 변경 사항이있는 경우 부피, 반대 압력에 대해 팽창 또는 수축을 일으키는 데 사용되는 모든 에너지 "피".

예를 들어, 체적 변화는 내연 기관의 피스톤에서 가장 잘 보입니다. 시스템이 외부 압력 인 "p"에 대해 수행하고 볼륨이 V에서 변경된 작업₁ V까지₂는 다음 공식으로 설명됩니다.

w = pΔV

시스템이 수행하는 유일한 작업이 이러한 성격의 경우 열역학 제 1 법칙에서이 방정식의 대체는 다음과 같습니다.

ΔE = q-w-> ΔE = q-pΔV

열역학 제 1 법칙의 방정식은 완벽하게 일반적이며 내부 에너지 ΔE, Work w, Heat q의 변화 계산에 적용됩니다. 그러나 특별한 조건에서 이러한 방정식은 특정 형태를 취할 수 있습니다.

1.- 때 볼륨이 일정 함: 볼륨이 변하지 않으면 ΔV = 0이고 작업 w는 0이됩니다. 따라서 다음 사항 만 고려됩니다.

ΔE = q

2.- 때 반대 압력 p는 0: 이러한 유형의 프로세스를 자유 확장이라고합니다. 따라서 p = 0이면 w는 w = 0으로 계산됩니다. 다시:

ΔE = q

q, w 및 ΔE의 양은 실험적으로 측정 할 수 있지만 E의 크기는 그렇지 않습니다. 이 마지막 사실은 절대 값이 아닌 E (ΔE)의 변화에 ​​주로 관심이 있기 때문에 열역학에서 장애물이 아닙니다.

내부 에너지의 예

1.-열역학 제 1 법칙을 이용하여 1500J의 열을 더해 400J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 1500J-400J

ΔE = 1100J

내부 에너지가 증가했습니다

2. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 2300J의 열을 더해 1350J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 2300J-1350J

ΔE = 950J

내부 에너지가 증가했습니다

3. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 6100J의 열이 가산되어 940J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 6100J-940J

ΔE = 5160J

내부 에너지가 증가했습니다

4. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 150J의 열을 더해 30J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 150J-30J

ΔE = 120J

내부 에너지가 증가했습니다

5. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 3400J의 열이 더해져 1960J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 3400 J-1960 J

ΔE = 1440J

내부 에너지가 증가했습니다

6. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 1500J의 열을 더해 2400J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 1500J-2400J

ΔE = -900J

내부 에너지가 감소했습니다.

7. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 9600J의 열이 더해져 14000J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 9600 J-14000 J

ΔE = -4400J

내부 에너지가 감소했습니다.

8. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 2800J의 열을 더해 3600J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 2800J-3600J

ΔE = -800J

내부 에너지가 감소했습니다.

9. 열역학 제 1 법칙을 이용하여 1900J의 열이 추가되어 2100J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 1900J-2100J

ΔE = -200J

내부 에너지가 감소했습니다.

10.- 열역학 제 1 법칙을 이용하여 200J의 열을 더해 400J의 작업을 수행 한 시스템의 내부 에너지 변화를 계산합니다.

ΔE = q-w

ΔE = 200J-400J

ΔE = -200J

내부 에너지가 감소했습니다.