როდესაც სიტყვას "ენერგია" ახსენდებათ, ალბათ ფიქრობთ ისეთ რამეზე, როგორიცაა მოძრავი ობიექტის კინეტიკური ენერგია, ან იქნებ პოტენციური ენერგია, რომელსაც შეიძლება გააჩნდეს სიმძიმის გამო.
ამასთან, მიკროსკოპული მასშტაბით,შინაგანი ენერგიაობიექტის ფლობა უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე ენერგიის ეს მაკროსკოპული ფორმები. ეს ენერგია საბოლოოდ მოლეკულების მოძრაობის შედეგად წარმოიქმნება და ზოგადად უფრო ადვილია მისი გაგება და გამოთვლა, თუ გაითვალისწინებთ გამარტივებულ დახურულ სისტემას, მაგალითად იდეალურ გაზს.
რა არის სისტემის შიდა ენერგია?
შინაგანი ენერგია არის მოლეკულების დახურული სისტემის მთლიანი ენერგია, ან ნივთიერებაში მოლეკულური კინეტიკური ენერგიისა და პოტენციური ენერგიის ჯამი. მაკროსკოპული კინეტიკური და პოტენციური ენერგიები შინაგან ენერგიას არ აქვს მნიშვნელობა - თუ გადაადგილდებით მთელი დახურული სისტემა ან მისი გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის შეცვლა, შინაგანი ენერგია რჩება იგივე
როგორც მოელოდით მიკროსკოპული სისტემისთვის, უამრავი მოლეკულის და მათი პოტენციური ენერგიის კინეტიკური ენერგიის გამოთვლა რთული - თუ პრაქტიკულად შეუძლებელი - ამოცანა იქნება. ასე რომ, პრაქტიკაში, შიდა ენერგიის გაანგარიშებები მოიცავს საშუალო მაჩვენებლებს, ვიდრე მისი უშუალოდ გაანგარიშების შრომისმოყვარე პროცესს.
ერთ-ერთი განსაკუთრებით სასარგებლო გამარტივებაა გაზზე დამუშავება როგორც "იდეალური გაზი", რომელიც ითვლება რომ არ გააჩნია ინტერმოლეკულური ძალები და, შესაბამისად, არც პოტენციური ენერგია. ეს სისტემის შიდა ენერგიის გაანგარიშების პროცესს ბევრად უფრო მარტივს ხდის და ეს არ არის ზუსტი ბევრი აირისთვის.
შინაგან ენერგიას ზოგჯერ თერმულ ენერგიას უწოდებენ, რადგან ტემპერატურა არსებითად წარმოადგენს სისტემის შიდა ენერგია - იგი განისაზღვრება, როგორც სისტემაში არსებული მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია.
შინაგანი ენერგიის განტოლება
შინაგანი ენერგიის განტოლება არის სახელმწიფო ფუნქცია, რაც ნიშნავს რომ მისი მნიშვნელობა მოცემულ დროს დამოკიდებულია სისტემის მდგომარეობაზე და არა იმაზე, თუ როგორ მოხდა იგი იქ. შიდა ენერგიისთვის განტოლება დამოკიდებულია დახურულ სისტემაში მოლების (ან მოლეკულების) რაოდენობაზე და მის ტემპერატურაზე კელვინებში.
იდეალური გაზის შიდა ენერგიას აქვს ერთ-ერთი უმარტივესი განტოლება:
U = \ frac {3} {2} nRT
სადნარის moles,რარის გაზის უნივერსალური მუდმივა დათსისტემის ტემპერატურაა. გაზის მუდმივას აქვს მნიშვნელობარ= 8.3145 J მოლი−1 კ−1, ან Kelvin– ზე დაახლოებით 8,3 ჯოული თითო მოლზე. ეს იძლევა მნიშვნელობასუჯოულებში, როგორც თქვენ ელოდით ენერგიის მნიშვნელობას და აზრი აქვს იმას, რომ უფრო მაღალი ტემპერატურა და ნივთიერების მეტი მოლი იწვევს უფრო მეტ შინაგან ენერგიას.
თერმოდინამიკის პირველი კანონი
თერმოდინამიკის პირველი კანონი ერთ – ერთი ყველაზე სასარგებლო განტოლებაა შიდა ენერგიასთან ურთიერთობისას და იგი აცხადებს რომ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება უდრის სისტემაში დამატებულ სითბოს გამოკლებული სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაო (ან,პლუსშესრულებული სამუშაოჩართულისისტემა). სიმბოლოებში ეს არის:
∆U = Q-W
ამ განტოლებასთან მუშაობა ნამდვილად მარტივია, თუ იცით (ან შეგიძლიათ გამოთვალოთ) სითბოს გადაცემა და შესრულებული სამუშაო. ამასთან, მრავალი სიტუაცია კიდევ უფრო ამარტივებს საქმეს. იზოთერმული პროცესში ტემპერატურა მუდმივია და რადგან შინაგანი ენერგია არის სახელმწიფო ფუნქცია, თქვენ იცით რომ შინაგანი ენერგიის ცვლილება ნულის ტოლია. ადიაბატურ პროცესში არ ხდება სითბოს გადაცემა სისტემასა და მის შემოგარენს შორის, ამიტომ მნიშვნელობა აქვსQარის 0, და განტოლება ხდება:
∆U = -W
იზობარული პროცესი არის ის, რაც ხდება მუდმივი წნევის დროს და ეს ნიშნავს, რომ შესრულებული სამუშაო ტოლია წნევის გამრავლებული მოცულობის ცვლილებაზე:ვ = პ∆ვ. იზოკორული პროცესები ხდება მუდმივი მოცულობით და ამ შემთხვევებშივ= 0. ეს ტოვებს შინაგანი ენერგიის ცვლილებას, რაც ტოლია სისტემაში დამატებული სითბოს:
U = Q
მაშინაც კი, თუ პრობლემის გამარტივება ვერ შეძლებთ ერთ-ერთი ამ გზით, მრავალი პროცესისთვის, შესრულებული სამუშაო არ არის ეს მარტივად შეიძლება გამოითვალოს, ამიტომ მოპოვებული ან დაკარგული სითბოს პოვნა არის მთავარი, რაც თქვენ დაგჭირდებათ კეთება.