Notranja energija v termodinamiki

The Notranja energija je termodinamična količina, ki je enaka vsota vseh energij sistema, kot so kinetika in potencial. Bilo je predstavljen kot Ein včasih kot U.

E = Ec + Ep +…

To je tisto, ki opredeljuje Prvi zakon termodinamike. Ta zakon določa varčevanje z energijoZ drugimi besedami, ni niti ustvarjen niti uničen. Z drugimi besedami, ta zakon je oblikovan tako, da za določeno količino oblike izginjajoča energija se bo pojavila druga oblika v enaki količini na manjkajoči znesek.

Kot enota energije, se meri v Joule (J) enotah, v skladu z Mednarodnim sistemom enot.

Prvi zakon termodinamike je razložen z nekaterimi količina toplote "q", dodana sistemu. Ta količina bo povzročila povečanje notranje energije sistema in bo zaradi zunanje absorpcije toplote opravila tudi nekaj zunanjih del "w".

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Če kot ΔE razglasimo povečanje notranje energije sistema in "w" delo, ki ga sistem opravi na konturi, potem bomo imeli prejšnjo formulo.

Enačba predstavlja matematično utemeljitev prvega zakona termodinamike. Ker je notranja energija odvisna samo od stanja sistema, potem je njegova sprememba ΔE, vključena v prehod stanja, kjer je notranja energija E

₁ na drugo, kjer je E₂ mora dati:

ΔE = E₂ - E₁

ΔE je torej odvisen samo od začetnega in končnega stanja sistema in nikakor od načina, na katerega je bila taka sprememba narejena.

Ti premisleki ne veljajo za "w" in "q", ker je njihova velikost odvisna od načina dela, ki poteka pri prehodu iz začetnega stanja v končno stanje.

Simbol "w" predstavlja celotno delo, ki ga opravi sistem. Na primer v galvanski celici lahko w vključuje vključeno električno energijo in, če pride do spremembe prostornina, vsaka energija, ki se uporablja za širjenje ali krčenje v nasprotnem pritisku "P".

Sprememba prostornine je na primer najbolje vidna na batu motorja z notranjim zgorevanjem. Delo, ki ga sistem opravi proti nasprotnemu pritisku "p", ki je zunanji, in s spremembo glasnosti iz V₁ do V₂, je opisan s formulo:

w = pΔV

Če je edino delo, ki ga sistem opravi te vrste, potem je zamenjava te enačbe v prvem zakonu termodinamike:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Enačbe prvega zakona termodinamike so popolnoma splošne in veljajo za izračun spremembe notranje energije ΔE, delo w, toplota q. Vendar lahko te enačbe pod posebnimi pogoji dobijo posebne oblike.

1. - Ko Prostornina je konstantna: če se glasnost ne spreminja, je ΔV = 0 in delo w bo 0. Zato se šteje le:

ΔE = q

2.- Ko opozicijski pritisk p je enak nič: Postopek te vrste se imenuje Brezplačna širitev. Če je p = 0, bo w izračunan kot w = 0. Ponovno:

ΔE = q

Količine q, w in ΔE so eksperimentalno merljive, velikosti E kot take pa ne; To zadnje dejstvo v termodinamiki ni ovira, saj nas zanimajo predvsem spremembe E (ΔE) in ne absolutne vrednosti.

Primeri notranje energije

1. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 1500 džulov, in je uspel izvesti 400 džulov.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Prišlo je do povečanja notranje energije

2. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 2300 Joulov, in je uspel opraviti delo 1350 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Prišlo je do povečanja notranje energije

3. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 6100 Joulov, in je uspel opraviti delo 940 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Prišlo je do povečanja notranje energije

4. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 150 Joulov, in je uspel opraviti delo 30 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Prišlo je do povečanja notranje energije

5. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 3400 Joulov, in je uspel izvesti delo 1960 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Prišlo je do povečanja notranje energije

6. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 1500 džulov, in je uspel opraviti delo 2400 džuljev.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Zmanjšala se je notranja energija

7. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 9600 Joulov, in je uspel opraviti delo 14000 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Zmanjšala se je notranja energija

8. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 2800 Joulov, in je uspel izvesti 3600 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Zmanjšala se je notranja energija

9. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 1900 Joulov, in je uspel opraviti delo 2100 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Zmanjšala se je notranja energija

10. - Z uporabo prvega zakona termodinamike izračunajte spremembo notranje energije sistema, ki mu je bila dodana toplota 200 Joulov, in je uspel izvesti 400 Joulov.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Zmanjšala se je notranja energija