Intern energi inom termodynamik

Fysik / by admin / July 04, 2021

De Inre energi är den termodynamiska storleken som är lika med summan av alla energier i ett system, såsom kinetik och potential. Det har varit representerad som E, och ibland som U.

E = Ec + Ep + ...

Det är den som definierar Första lagen om termodynamik. Denna lag fastställer energibesparingMed andra ord är den varken skapad eller förstörd. Med andra ord formuleras denna lag genom att säga att för en given mängd av en form av försvinnande energi, kommer en annan form av den att visas i lika stor mängd till det saknade beloppet.

Att vara en enhet av energi, mäts i Joule (J) -enheter, enligt det internationella systemet för enheter.

Den första lagen om termodynamik förklaras med några mängden värme "q" som läggs till systemet. Denna kvantitet kommer att ge upphov till en ökning av systemets inre energi och kommer också att göra en del externt arbete "w" som en följd av nämnda värmeabsorption.

ΔE + w = q

ΔE = q - w

Om vi deklarerar som ΔE ökningen av den inre energin i systemet och "w" det arbete som utförts av systemet på konturen, kommer vi att ha den tidigare formeln.

instagram story viewer

Ekvationen utgör den matematiska upprättandet av termodynamikens första lag. Eftersom den inre energin endast beror på tillståndet i ett system, då förändringen av AE själv, involverad i passagen av ett tillstånd där den inre energin är E₁ till en annan där är E₂ måste ges av:

AE = E₂ - E₁

AE beror således endast på systemets initiala och slutliga tillstånd och inte på något sätt på vilket sätt en sådan förändring har gjorts.

Dessa överväganden gäller inte "w" och "q", eftersom storleken på dessa beror på hur arbetet utförs i passagen från det initiala tillståndet till det slutliga tillståndet.

Symbolen "w" representerar det totala arbetet som utförts av ett system. I en galvanisk cell, till exempel, kan w inkludera den tillhandahållna elkraften plus, om det finns en förändring volym, all energi som används för att åstadkomma expansion eller kontraktion mot ett motsatt tryck "P".

Volymförändringen ses bäst i exempelvis kolven i en förbränningsmotor. Systemets arbete mot ett motsatt tryck "p", som är det yttre, och med en förändring i volym från V₁ upp till V₂, beskrivs med formeln:

w = p AV

Om det enda arbetet som görs av systemet är av den här typen, är ersättningen av denna ekvation i termodynamikens första lag:

AE = q - w -> AE = q - pΔV

Ekvationerna i den första lagen om termodynamik är helt allmänna och gäller beräkningen av förändringen av intern energi ΔE, arbete w, värme q. Men under speciella förhållanden kan dessa ekvationer ha särskilda former.

1.- När Volymen är konstant: om volymen inte varierar, kommer ΔV = 0 och arbetet w blir 0. Därför beaktas det bara:

AE = q

2.- När oppositionstrycket p är noll: En process av denna typ kallas Free Expansion. Om p = 0 beräknas därför w som w = 0. Om igen:

AE = q

Mängderna q, w och AE är experimentellt mätbara, men storleken på E som sådan är inte; detta sista faktum är inte ett hinder i termodynamiken, eftersom vi främst är intresserade av förändringarna av E (ΔE) och inte av de absoluta värdena.

Exempel på intern energi

1. - Med hjälp av termodynamikens första lag beräknar du förändringen i den inre energin i ett system till vilket en värme på 1500 Joule har tillförts och har lyckats utföra ett arbete på 400 Joule.

ΔE = q - w

AE = 1500 J - 400 J

AE = 1100 J

Den interna energin ökade

2. - Använd den första lagen om termodynamik och beräkna förändringen i den inre energin i ett system till vilket en värme på 2300 Joule har tillsatts och har lyckats utföra ett arbete på 1350 Joule.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

AE = 950 J

Den interna energin ökade

3.- Använd den första lagen om termodynamik för att beräkna förändringen i den inre energin i ett system till vilket en värme på 6100 Joule har tillförts och har lyckats utföra ett arbete på 940 Joule.

ΔE = q - w

AE = 6100 J - 940 J

AE = 5160 J

Den interna energin ökade

4.- Med den första lagen om termodynamik beräknar du förändringen i den inre energin i ett system till vilket en värme på 150 Joule har tillförts och har lyckats göra ett arbete på 30 Joule.

ΔE = q - w

AE = 150 J - 30 J

AE = 120 J

Den interna energin ökade

5.- Med den första lagen om termodynamik beräknar du förändringen i den inre energin i ett system till vilket en värme på 3400 Joule har tillsatts och har lyckats utföra ett arbete på 1960 Joule.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

AE = 1440 J

Den interna energin ökade

6. - Med hjälp av termodynamikens första lag beräknar du förändringen i den inre energin i ett system som en värme på 1500 Joule har tillförts och har lyckats utföra ett arbete på 2400 Joule.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

AE = -900 J