Унутрашња енергија у термодинамици

Тхе Унутрашња енергија је термодинамичка величина која је једнака збир свих енергија система, као што су кинетика и потенцијал. Било је представљен као Е., а понекад и као У.

Е = Ец + Еп +…

То је оно што дефинише Први закон термодинамике. Овај закон успоставља уштеде енергијеДругим речима, није ни створена ни уништена. Другим речима, овај закон је формулисан рекавши да за дату количину облика нестајање енергије, други облик ће се појавити у једнакој количини на недостајући износ.

Као јединица енергије, мери се у џул (Ј) јединицама, према Међународном систему јединица.

Први закон термодинамике објашњава се некима количина топлоте „к“ додата у систем. Ова количина ће довести до повећања унутрашње енергије система, а такође ће обавити и неке спољне радове „в“ као последица поменуте апсорпције топлоте.

ΔЕ + в = к

ΔЕ = к - в

Ако као ΔЕ прогласимо пораст унутрашње енергије система и "в" рад система који се обавља на контури, имаћемо претходну формулу.

Једначина представља математичку успоставу Првог закона термодинамике. Како унутрашња енергија зависи само од стања система, онда и сама промена ΔЕ, укључена у пролазак стања у коме је унутрашња енергија Е

₁ другом где је Е.₂ мора дати:

ΔЕ = Е.₂ - Е.₁

ΔЕ тако зависи само од почетног и крајњег стања система, а ни на који начин од начина на који је таква промена извршена.

Ова разматрања се не односе на „в“ и „к“, јер њихова величина зависи од начина на који се посао обавља у прелазу из почетног у коначно стање.

Симбол „в“ представља укупан рад система. На пример, у галванску ћелију в може укључити испоручену електричну енергију, плус ако дође до промене запремина, било која енергија која се користи за ширење или контракцију противног притиска "П".

Промена запремине најбоље се види, на пример, у клипу мотора са унутрашњим сагоревањем. Посао који систем ради против супротног притиска „п“, који је спољни, и са променом запремине од В₁ до В.₂, описан је формулом:

в = пΔВ

Ако је једини посао који систем ради ове природе, онда је замена ове једначине у Првом закону термодинамике:

ΔЕ = к - в -> ΔЕ = к - пΔВ

Једначине Првог закона термодинамике су савршено опште и примењују се на прорачун промене унутрашње енергије ΔЕ, рад в, топлота к. Међутим, под посебним условима ове једначине могу имати одређене облике.

1.- Када Обим је константан: ако запремина не варира, тада је ΔВ = 0, а рад в биће 0. Стога се узима у обзир само:

ΔЕ = к

2.- Када притисак опозиције п је нула: Процес ове врсте назива се Бесплатно ширење. Према томе, ако је п = 0, тада ће се в израчунати као в = 0. Поново:

ΔЕ = к

Количине к, в и ΔЕ су експериментално мерљиве, али величине Е као такве нису; Ова последња чињеница није препрека у термодинамици, јер нас углавном занимају промене Е (ΔЕ), а не апсолутне вредности.

Примери унутрашње енергије

1.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 1500 џула и успео је да изведе рад од 400 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 1500 Ј - 400 Ј

ΔЕ = 1100 Ј

Дошло је до повећања унутрашње енергије

2.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 2300 џула и успео је да изведе дело од 1350 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 2300 Ј - 1350 Ј

ΔЕ = 950 Ј

Дошло је до повећања унутрашње енергије

3.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 6100 џула и успео је да изведе дело од 940 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 6100 Ј - 940 Ј

ΔЕ = 5160 Ј

Дошло је до повећања унутрашње енергије

4.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 150 џула и успео је да уради посао од 30 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 150 Ј - 30 Ј

ΔЕ = 120 Ј

Дошло је до повећања унутрашње енергије

5.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 3400 џула и успео је да изведе дело од 1960 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 3400 Ј - 1960 Ј

ΔЕ = 1440 Ј

Дошло је до повећања унутрашње енергије

6.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 1500 џула и успео је да изведе рад од 2400 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 1500 Ј - 2400 Ј

ΔЕ = -900 Ј

Дошло је до смањења унутрашње енергије

7.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 9600 џула и успео је да изведе рад од 14000 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 9600 Ј - 14000 Ј

ΔЕ = -4400 Ј

Дошло је до смањења унутрашње енергије

8.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 2800 џула и успео је да изведе рад од 3600 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 2800 Ј - 3600 Ј

ΔЕ = -800 Ј

Дошло је до смањења унутрашње енергије

9.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 1900 џула и успео је да изведе дело од 2100 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 1900 Ј - 2100 Ј

ΔЕ = -200 Ј

Дошло је до смањења унутрашње енергије

10.- Користећи први закон термодинамике, израчунајте промену унутрашње енергије система коме је додата топлота од 200 џула и успео је да изведе рад од 400 џула.

ΔЕ = к - в

ΔЕ = 200 Ј - 400 Ј

ΔЕ = -200 Ј

Дошло је до смањења унутрашње енергије