Када размишљате о речи „енергија“, вероватно мислите на нешто попут кинетичке енергије објекта у покрету или можда на потенцијалну енергију коју нешто може поседовати услед гравитације.
Међутим, на микроскопској скали,унутрашња енергијапредмет који поседује је важнији од ових макроскопских облика енергије. Ова енергија на крају резултира кретањем молекула и обично је лакше разумети и израчунати ако узмете у обзир поједностављени затворени систем, као што је идеалан гас.
Шта је унутрашња енергија система?
Унутрашња енергија је укупна енергија затвореног система молекула или збир молекуларне кинетичке енергије и потенцијалне енергије у супстанци. Макроскопска кинетичка и потенцијална енергија нису битне за унутрашњу енергију - ако је померите целог затвореног система или промене његове гравитационе потенцијалне енергије, унутрашња енергија остаје исти.
Као што бисте очекивали за микроскопски систем, израчунавање кинетичке енергије мноштва молекула и њихових потенцијалних енергија био би изазован - ако не и практично немогућ - задатак. Дакле, у пракси прорачуни за унутрашњу енергију укључују просеке, а не мукотрпан процес њеног директног израчунавања.
Једно посебно корисно поједностављење је третирање гаса као „идеалног гаса“, за који се претпоставља да нема интермолекуларне силе, а самим тим ни потенцијалну енергију. То чини поступак израчунавања унутрашње енергије система много једноставнијим и није далеко од тачног за многе гасове.
Унутрашња енергија се понекад назива топлотна енергија, јер је температура у основи мера унутрашња енергија система - дефинисана је као просечна кинетичка енергија молекула у систему.
Једначина унутрашње енергије
Једначина унутрашње енергије је функција стања, што значи да њена вредност у датом тренутку зависи од стања система, а не од начина на који је тамо стигао. За унутрашњу енергију, једначина зависи од броја молова (или молекула) у затвореном систему и његове температуре у Келвинима.
Унутрашња енергија идеалног гаса има једну од најједноставнијих једначина:
У = \ фрац {3} {2} нРТ
Гденје број кртица,Р.је универзална гасна константа иТ.је температура система. Константа гаса има вредностР.= 8,3145 Ј мол−1 К.−1, или око 8,3 џула по молу по Келвину. Ово даје вредност заУу џулима, као што бисте очекивали за вредност енергије, и има смисла у томе што више температуре и више молова супстанце доводе до веће унутрашње енергије.
Први закон термодинамике
Први закон термодинамике једна је од најкориснијих једначина када се ради о унутрашњој енергији и наводи да је промена унутрашње енергије система једнака топлоти која се додаје систему минус рад система (или,плусобављени посаонасистем). У симболима је ово:
∆У = К-В
Са овом једначином је заиста једноставно радити под условом да знате (или можете израчунати) пренос топлоте и обављени посао. Међутим, многе ситуације ствари још више поједностављују. У изотермном процесу температура је константна, а пошто је унутрашња енергија функција стања, знате да је промена унутрашње енергије нула. У адијабатском процесу нема преноса топлоте између система и околине, па је вредностКје 0, а једначина постаје:
∆У = -В
Изобарични процес је онај који се јавља под константним притиском, а то значи да је обављени рад једнак притиску помноженом са променом запремине:В = П.∆В.. Изохорични процеси се јављају са константном запремином, и у тим случајевимаВ= 0. Ово оставља промену унутрашње енергије једнаком топлоти додатој систему:
∆У = К
Чак и ако не можете да поједноставите проблем на један од ових начина, за многе процесе нема посла или може се лако израчунати, па је проналажење стечене или изгубљене топлоте главна ствар која ће вам требати урадите.