Vidinė energija termodinamikoje

Vidinė energija yra termodinaminis dydis, lygus visų sistemos energijų suma, pavyzdžiui, kinetika ir potencialas. Tai buvo atstovaujama kaip E, o kartais ir kaip U.

E = Ec + Ep +…

Tai tas, kuris apibrėžia Pirmasis termodinamikos dėsnis. Šis įstatymas nustato energijos taupymasKitaip tariant, jis nėra nei sukurtas, nei sunaikintas. Kitaip tariant, šis dėsnis yra suformuluotas sakant, kad tam tikram formos kiekiui nykstant energijai, kita jos forma pasirodys vienodu kiekiu iki trūkstamos sumos.

Būdamas energijos vienetu, matuojamas Džaulio (J) vienetais, pagal Tarptautinę vienetų sistemą.

Pirmasis termodinamikos dėsnis paaiškinamas kai kuriais šilumos kiekis „q“, pridėtas prie sistemos. Šis kiekis padidins sistemos vidinę energiją, taip pat atliks tam tikrą išorinį darbą "w" dėl minėtos šilumos absorbcijos.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Jei mes deklaruosime sistemos vidinės energijos padidėjimą ir „w“ sistemos kontūre atliktą darbą, tada turėsime ankstesnę formulę.

Lygtis yra matematinis Pirmojo termodinamikos dėsnio nustatymas. Kadangi vidinė energija priklauso tik nuo sistemos būsenos, tada pačios ΔE pokytis, dalyvaujantis praeinant būseną, kai vidinė energija yra E

₁ į kitą, kur yra E₂ turi duoti:

ΔE = E₂ - E₁

Taigi ΔE priklauso tik nuo pradinės ir galutinės sistemos būsenų ir jokiu būdu ne nuo to, kaip buvo atliktas toks pakeitimas.

Šie svarstymai netaikomi „w“ ir „q“, nes jų dydis priklauso nuo darbo atlikimo būdo iš pradinės būsenos į galutinę būseną.

Simbolis „w“ reiškia bendrą sistemos atliktą darbą. Pavyzdžiui, į galvaninį elementą w gali apimti tiekiamą elektros energiją ir, jei yra pokyčių tūrio, bet kokia energija, naudojama išsiplėtimui ar susitraukimui priešingam slėgiui „P“.

Geriausiai tūrio pokytį mato, pavyzdžiui, vidaus degimo variklio stūmoklis. Darbas, kurį sistema atlieka priešingam slėgiui „p“, kuris yra išorinis, ir pakeitus tūrį nuo V₁ iki V₂, apibūdinamas pagal formulę:

w = pΔV

Jei vienintelis sistemos atliekamas darbas yra tokio pobūdžio, tai šios lygties pakeitimas Pirmajame termodinamikos dėsnyje yra:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Pirmojo termodinamikos dėsnio lygtys yra visiškai bendros ir taikomos apskaičiuojant vidinės energijos pokytį ΔE, Work w, Heat q. Tačiau esant ypatingoms sąlygoms, šios lygtys gali būti tam tikros formos.

1.- Kai Apimtis yra pastovi: jei tūris nesikeis, tada ΔV = 0, o darbas w bus 0. Todėl laikoma tik:

ΔE = q

2.- Kai opozicijos slėgis p yra lygus nuliui: Tokio tipo procesas vadinamas nemokamu plėtimu. Taigi, jei p = 0, tada w bus apskaičiuojamas kaip w = 0. Vėlgi:

ΔE = q

Dydžiai q, w ir ΔE yra eksperimentiškai išmatuojami, tačiau E dydžiai nėra tokie; šis paskutinis faktas nėra kliūtis termodinamikoje, nes mus labiausiai domina E (ΔE) pokyčiai, o ne absoliučios vertės.

Vidinės energijos pavyzdžiai

1.- Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 1500 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 400 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Padidėjo vidinė energija

2. Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 2300 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 1350 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Padidėjo vidinė energija

3.- Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 6100 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 940 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Padidėjo vidinė energija

4.- Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 150 džaulių šiluma ir pavyko atlikti 30 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Padidėjo vidinė energija

5. Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 3400 džaulių šiluma, vidinės energijos pokytį ir pavyko atlikti 1960 džaulių darbą.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Padidėjo vidinė energija

6. - Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 1500 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 2400 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Sumažėjo vidinė energija

7. Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 9600 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 14000 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Sumažėjo vidinė energija

8. Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 2800 džaulių šiluma, vidaus energijos pokytį ir pavyko atlikti 3600 džaulių darbą.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Sumažėjo vidinė energija

9. Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 1900 džaulių šiluma, vidinės energijos pokytį ir pavyko atlikti 2100 džaulių darbą.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Sumažėjo vidinė energija

10.- Naudodamiesi pirmuoju termodinamikos dėsniu, apskaičiuokite sistemos, į kurią pridėta 200 džaulių šiluma, ir pavyko atlikti 400 džaulių darbą, vidinės energijos pokytį.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Sumažėjo vidinė energija