Interne energie in thermodynamica

Fysica / by admin / July 04, 2021

De Interne energie is de thermodynamische grootheid die gelijk is aan de som van alle energieën van een systeem, zoals kinetiek en potentiaal. Het is geweest weergegeven als E, en soms als U.

E = Ec + Ep +…

Het is degene die de definieert Eerste wet van de thermodynamica. Deze wet stelt de energiebehoudMet andere woorden, het wordt niet gemaakt of vernietigd. Met andere woorden, deze wet wordt geformuleerd door te zeggen dat voor een gegeven hoeveelheid van een vorm van verdwijnende energie, een andere vorm ervan zal in een gelijke hoeveelheid verschijnen tot het ontbrekende bedrag.

Omdat het een eenheid van energie is, wordt gemeten in Joule (J) eenheden, volgens het Internationale Stelsel van Eenheden.

De eerste wet van de thermodynamica wordt uitgelegd met enkele hoeveelheid warmte "q" toegevoegd aan het systeem. Deze hoeveelheid zal aanleiding geven tot een toename van de interne energie van het systeem, en zal ook wat extern werk "w" doen als gevolg van genoemde warmteabsorptie.

ΔE + w = q

instagram story viewer

ΔE = q - w

Als we de toename in interne energie van het systeem als ΔE declareren en "w" het werk dat door het systeem op de contour is gedaan, hebben we de vorige formule.

De vergelijking vormt de wiskundige vestiging van de eerste wet van de thermodynamica. Omdat de interne energie alleen afhangt van de toestand van een systeem, dan is de verandering van ΔE zelf, betrokken bij het passeren van een toestand waarin de interne energie E is₁ naar een andere waar is E₂ moet worden gegeven door:

ΔE = E₂ - E₁

ΔE hangt dus alleen af van de begin- en eindtoestand van het systeem en op geen enkele manier van de manier waarop een dergelijke wijziging is aangebracht.

Deze overwegingen zijn niet van toepassing op "w" en "q", omdat de grootte hiervan afhangt van de manier waarop het werk wordt gedaan in de overgang van de begintoestand naar de eindtoestand.

Het symbool "w" staat voor het totale werk dat door een systeem wordt gedaan. In een galvanische cel kan w bijvoorbeeld het geleverde elektrisch vermogen opnemen, plus, als er een verandering is volume, elke energie die wordt gebruikt om uitzetting of samentrekking te bewerkstelligen tegen een tegengestelde druk "P".

De volumeverandering is bijvoorbeeld het beste te zien in de zuiger van een verbrandingsmotor. Het werk dat door het systeem wordt gedaan tegen een tegengestelde druk "p", die de externe is, en met een verandering in Volume van V₁ tot V₂, wordt beschreven met de formule:

w = pΔV

Als het enige werk van het systeem van deze aard is, dan is de vervanging van deze vergelijking in de Eerste Wet van de Thermodynamica:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

De vergelijkingen van de eerste wet van de thermodynamica zijn volkomen algemeen en zijn van toepassing op de berekening van de verandering van interne energie ΔE, Work w, Heat q. Onder speciale omstandigheden kunnen deze vergelijkingen echter bepaalde vormen aannemen.

1.- Wanneer de Volume is constant: als het volume niet varieert, dan is ΔV = 0, en is het werk w 0. Daarom wordt alleen overwogen:

ΔE = q

2.- Wanneer de oppositiedruk p is nul: Een proces van dit type wordt Free Expansion genoemd. Daarom, als p = 0, dan wordt w berekend als w = 0. Opnieuw:

ΔE = q

De grootheden q, w en ΔE zijn experimenteel meetbaar, maar de grootheden van E als zodanig niet; dit laatste feit is geen belemmering in de thermodynamica, aangezien we vooral geïnteresseerd zijn in de veranderingen van E (ΔE), en niet in de absolute waarden.

Voorbeelden van interne energie

1.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 1500 joule is toegevoegd, en het is gelukt om een werk van 400 joule uit te voeren.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Er was een toename van interne energie

2.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 2300 joule is toegevoegd, en het is gelukt om een werk van 1350 joule uit te voeren.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Er was een toename van interne energie

3.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 6100 joule is toegevoegd, en is erin geslaagd een werk van 940 joule uit te voeren.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Er was een toename van interne energie

4.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 150 joule is toegevoegd, en het is gelukt om een werk van 30 joule te doen.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Er was een toename van interne energie

5.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 3400 joule is toegevoegd, en het is gelukt om een werk van 1960 joule uit te voeren.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Er was een toename van interne energie

6.- Bereken met behulp van de eerste wet van de thermodynamica de verandering in interne energie van een systeem waaraan een warmte van 1500 joule is toegevoegd, en het is gelukt om een werk van 2400 joule uit te voeren.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J