Energia wewnętrzna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice – całkowita energia układu będącą sumą: energii potencjalnej i kinetycznej makroskopowych części układu, energii kinetycznej cząsteczek, energii potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych, etc.[1]

Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest zmiana energii wewnętrznej, dlatego określając energię wewnętrzną układu pomija się te rodzaje energii, które nie zmieniają się w rozpatrywanym układzie termodynamicznym. Na przykład dla gazu doskonałego jedyną składową energii wewnętrznej, która może się zmieniać, jest energia kinetyczna cząsteczek gazu. Stąd zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek.

Energia wewnętrzna jest jednym z potencjałów termodynamicznych. Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu, którą dla danej porcji gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np. ciśnienie, temperaturę, objętość właściwą, entalpię, entropię i inne.

Związek z innymi wielkościami termodynamicznymi[edytuj | edytuj kod]

O ile energię wewnętrzną trudno opisać prostym wzorem, który uwzględniałby wszystkie jej części. Jednak ze względu na to, że większość jej składników pozostaje stała w przemianach gazowych, to zmiana energii wewnętrznej może być zapisana

dU=TdS-pdV+\sum_{i=1}^{N}{\mu_i dN_i}

gdzie

Ttemperatura (w kelwinach),
Sentropia,
pciśnienie,
Vobjętość,
μipotencjał chemiczny i-tego składnika,
Ni – liczba cząsteczek i-tego składnika.

Ze wzorów tych wynika

T = \left( \frac{\partial U}{\partial S} \right)_{V,N_1,\dots,N_N}temperatura
p = - \left( \frac{\partial U}{\partial V} \right)_{S,N_1,\dots,N_N}ciśnienie
\mu _{i}=\left( \frac{\partial U}{\partial N_{i}} \right)_{S,V,N_{1},\ldots ,N_{i-1},N_{i+1},\ldots ,N_{N}}potencjał chemiczny

Jednostką energii w układzie SI jest dżul (J).

W gazie doskonałym[edytuj | edytuj kod]

W przypadku gazu doskonałego zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek i wyraża ją wzór

\Delta U = \Delta E_k= n C_V \Delta T\,

gdzie

n – liczba moli gazu,
CV – ciepło molowe przy stałej objętości,
ΔT – zmiana temperatury gazu.

Przypisy

  1. Krzysztof Pigoń, Zdzisław Ruziewicz: Chemia fizyczna 1. Wyd. 6. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, styczeń 2007. ISBN 978-83-01-15054-9.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]