熱力学における内部エネルギー

ザ・ 内部エネルギー に等しい熱力学的量です システムのすべてのエネルギーの合計、速度論やポテンシャルなど。 それはそうだった Eとして表される、場合によってはUとして。

E = Ec + Ep +…

それはを定義するものです 熱力学の第一法則. この法律は、 エネルギー資源の保護言い換えれば、それは作成も破壊もされません。 言い換えれば、この法則は、与えられた量の形式の 消えるエネルギー、それの別の形が同じ量で現れるでしょう 不足している量に。

エネルギーの単位であること、 ジュール（J）単位で測定されます、国際単位系によると。

熱力学の第一法則はいくつかで説明されています システムに追加された熱量「q」. この量は、システムの内部エネルギーの増加を引き起こし、また、前述の熱吸収の結果として、いくつかの外部仕事「w」を行います。

ΔE+ w =​​ q

ΔE= q-w

システムの内部エネルギーの増加をΔEとして宣言し、等高線上でシステムによって行われた仕事を「w」とすると、前の式が得られます。

この方程式は、熱力学の第1法則の数学的確立を構成します。 内部エネルギーはシステムの状態にのみ依存するため、内部エネルギーがEである状態の通過に関与するΔE自体の変化₁ Eがどこにあるか₂ 次の方法で指定する必要があります。

ΔE= E₂ -E₁

したがって、ΔEはシステムの初期状態と最終状態にのみ依存し、そのような変更が行われた方法にはまったく依存しません。

これらの考慮事項は、「w」と「q」には適用されません。これらの大きさは、初期状態から最終状態への移行時に作業が行われる方法に依存するためです。

記号「w」は、システムによって実行された作業の合計を表します。 たとえば、ガルバニ電池では、wには、提供された電力に加えて、変更があった場合に含めることができます。 体積、反対の圧力に対して膨張または収縮をもたらすために使用されるエネルギー 「P」。

体積の変化は、たとえば内燃機関のピストンで最もよく見られます。 外部圧力である反対の圧力「p」に対してシステムによって行われ、Vからの体積の変化を伴う仕事₁ Vまで₂は、次の式で表されます。

w =pΔV

システムによって行われる唯一の仕事がこの性質のものである場合、熱力学の第1法則におけるこの方程式の代入は次のとおりです。

ΔE= q-w->ΔE=q-pΔV

熱力学の第1法則の方程式は完全に一般的であり、内部エネルギーの変化ΔE、仕事w、熱qの計算に適用されます。 ただし、特別な条件下では、これらの方程式は特定の形式をとることができます。

1.-いつ 音量は一定です：体積が変化しない場合、ΔV= 0であり、仕事wは0になります。 したがって、考慮されるのは次のとおりです。

ΔE= q

2.-いつ 反対圧力pはゼロです：このタイプのプロセスは、自由拡張と呼ばれます。 したがって、p = 0の場合、wはw = 0として計算されます。 再び：

ΔE= q

量q、w、およびΔEは実験的に測定可能ですが、Eの大きさ自体は測定できません。 この最後の事実は、絶対値ではなく、主にE（ΔE）の変化に関心があるため、熱力学の障害にはなりません。

内部エネルギーの例

1.-熱力学の第1法則を使用して、1500ジュールの熱が追加され、400ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 1500 J-400 J

ΔE= 1100 J

内部エネルギーが増加しました

2.-熱力学の第1法則を使用して、2300ジュールの熱が追加され、1350ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 2300 J-1350 J

ΔE= 950 J

内部エネルギーが増加しました

3.-熱力学の第1法則を使用して、6100ジュールの熱が追加され、940ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 6100 J-940 J

ΔE= 5160 J

内部エネルギーが増加しました

4.-熱力学の第1法則を使用して、150ジュールの熱が追加され、30ジュールの仕事を行うことができたシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 150 J-30 J

ΔE= 120 J

内部エネルギーが増加しました

5.-熱力学の第1法則を使用して、3400ジュールの熱が追加され、1960ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 3400 J-1960 J

ΔE= 1440 J

内部エネルギーが増加しました

6.-熱力学の第1法則を使用して、1500ジュールの熱が追加され、2400ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 1500 J-2400 J

ΔE= -900 J

内部エネルギーが減少しました

7.-熱力学の第1法則を使用して、9600ジュールの熱が追加され、14000ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 9600 J-14000 J

ΔE= -4400 J

内部エネルギーが減少しました

8.-熱力学の第1法則を使用して、2800ジュールの熱が追加され、3600ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 2800 J-3600 J

ΔE= -800 J

内部エネルギーが減少しました

9.-熱力学の第1法則を使用して、1900ジュールの熱が追加され、2100ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 1900 J-2100 J

ΔE= -200 J

内部エネルギーが減少しました

10.-熱力学の第1法則を使用して、200ジュールの熱が追加され、400ジュールの仕事を実行したシステムの内部エネルギーの変化を計算します。

ΔE= q-w

ΔE= 200 J-400 J

ΔE= -200 J

内部エネルギーが減少しました