Iekšējā enerģija termodinamikā

The Iekšējā enerģija ir termodinamiskais lielums, kas ir vienāds ar visu sistēmas enerģiju summa, piemēram, kinētika un potenciāls. Tas ir bijis pārstāvēts kā E, un dažreiz kā U.

E = Ec + Ep +…

Tas ir tas, kas definē Pirmais termodinamikas likums. Šis likums nosaka enerģijas saglabāšanaCitiem vārdiem sakot, tas nav nedz izveidots, nedz iznīcināts. Citiem vārdiem sakot, šis likums ir formulēts, sakot, ka attiecībā uz noteiktu daudzumu formas izzūdot enerģijai, vēl viena tās forma parādīsies vienādā daudzumā uz trūkstošo summu.

Būt enerģijas vienībai, mēra Joule (J) vienībās, saskaņā ar Starptautisko mērvienību sistēmu.

Pirmais termodinamikas likums ir izskaidrots ar dažiem sistēmai pievienotā siltuma daudzums "q". Šis daudzums radīs sistēmas iekšējās enerģijas pieaugumu, kā arī veiks zināmu ārēju darbu "w" pēc minētās siltuma absorbcijas.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Ja mēs par ΔE paziņosim par sistēmas iekšējās enerģijas pieaugumu un “w” sistēmas paveikto darbu uz kontūras, mums būs iepriekšējā formula.

Vienādojums veido pirmā termodinamikas likuma matemātisko pamatu. Tā kā iekšējā enerģija ir atkarīga tikai no sistēmas stāvokļa, tad pašas ΔE izmaiņas, kas saistītas ar stāvokļa pāreju, kurā iekšējā enerģija ir E₁ uz citu, kur ir E₂ jāsniedz:

ΔE = E₂ - E₁

Tādējādi ΔE ir atkarīgs tikai no sistēmas sākotnējā un galīgā stāvokļa un nekādā ziņā nav veids, kādā šādas izmaiņas veiktas.

Šie apsvērumi neattiecas uz "w" un "q", jo to lielums ir atkarīgs no tā, kā darbs tiek veikts pārejā no sākotnējā stāvokļa uz galīgo stāvokli.

Simbols "w" apzīmē sistēmas kopējo darbu. Piemēram, galvaniskajā elementā w var ietvert piedāvāto elektrisko jaudu, kā arī, ja notiek izmaiņas tilpums, jebkura enerģija, kas izmantota izplešanās vai saraušanās iedarbībai pret pretēju spiedienu "P".

Tilpuma izmaiņas vislabāk redzamas, piemēram, iekšdedzes dzinēja virzulī. Darbs, ko sistēma veic pretēji pretējam spiedienam "p", kas ir ārējais, un ar apjoma izmaiņām no V₁ līdz V₂, ir aprakstīts pēc formulas:

w = pΔV

Ja vienīgais sistēmas paveiktais darbs ir šāda rakstura, tad šī vienādojuma aizstāšana termodinamikas pirmajā likumā ir:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Pirmā termodinamikas likuma vienādojumi ir pilnīgi vispārīgi un attiecas uz iekšējās enerģijas izmaiņu ΔE, Work w, Heat q aprēķināšanu. Tomēr īpašos apstākļos šiem vienādojumiem var būt īpaša forma.

1.- Kad Skaļums ir nemainīgs: ja tilpums nemainās, tad ΔV = 0, un darbs w būs 0. Tāpēc tiek uzskatīts tikai:

ΔE = q

2.- Kad opozīcijas spiediens p ir nulle: Šāda veida procesu sauc par bezmaksas paplašināšanu. Tāpēc, ja p = 0, tad w tiks aprēķināts kā w = 0. Atkal:

ΔE = q

Lielumi q, w un ΔE ir eksperimentāli izmērāmi, bet E lielumi kā tādi nav; šis pēdējais fakts nav šķērslis termodinamikā, jo mūs galvenokārt interesē E (ΔE) izmaiņas, nevis absolūtās vērtības.

Iekšējās enerģijas piemēri

1.- Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai pievienots 1500 džoulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 400 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Bija iekšējās enerģijas pieaugums

2. Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai pievienots 2300 džoulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 1350 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Bija iekšējās enerģijas pieaugums

3. Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 6100 Džoulu siltums, un ir izdevies veikt 940 Džoulu darbu.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Bija iekšējās enerģijas pieaugums

4. Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 150 džaulu siltums, un ir izdevies paveikt 30 džoulu darbu.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Bija iekšējās enerģijas pieaugums

5. Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai pievienots 3400 džoulu siltums, un ir izdevies veikt 1960 džoulu darbu.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Bija iekšējās enerģijas pieaugums

6.- Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai pievienots 1500 džoulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 2400 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Bija iekšējās enerģijas samazināšanās

7. Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 9600 džoulu siltums, un ir izdevies veikt 14000 džoulu darbu.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Bija iekšējās enerģijas samazināšanās

8.- Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 2800 džaulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 3600 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Bija iekšējās enerģijas samazināšanās

9.- Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 1900 džoulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 2100 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Bija iekšējās enerģijas samazināšanās

10.- Izmantojot pirmo termodinamikas likumu, aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kurai ir pievienots 200 džoulu siltums, un ir izdevies veikt darbu ar 400 džouliem.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Bija iekšējās enerģijas samazināšanās