Energia wewnętrzna

Energia wewnętrzna (U) układu jest sumą energii kinetycznych i potencjalnych wszystkich atomów lub cząsteczek, które budują ten układ. Mówiąc o energii wewnętrznej nie uwzględnia się energii układu jako całości oraz energii potencjalnej atomów, będącej wynikiem oddziaływania na układ sił zewnętrznych, takich jak np. siła grawitacji, czy siła elektrostatyczna.

Określenie konkretnej wartości energii wewnętrznej układu jest niemożliwe, gdyż wymaga zsumowania energii ogromnej liczby atomów lub cząsteczek, wchodzących w skład danego układu oraz energii składników tych atomów (elektronów, nukleonów). Dlatego też łatwiej jest mówić o zmianie energii wewnętrznej (ΔU), która zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki jest efektem przepływu ciepła lub wykonanej pracy mechanicznej i przejawia się np. zmianą temperatury ciała lub zmianą jego stanu skupienia.

Wzrost temperatury ciała powoduje wzrost prędkości ruchów termicznych atomów, co skutkuje zwiększeniem energii kinetycznej. Zmiana stanu skupienia materii jest wynikiem zmiany odległości pomiędzy atomami (lub cząsteczkami) układu, co powoduje zmianę energii potencjalnej ich wzajemnego oddziaływania.

W przypadku gazów odległości pomiędzy sąsiednimi jego cząsteczkami są na tyle duże, że można pominąć ich wzajemne oddziaływanie i przyjąć wartość energii potencjalnej układu cząstek za równą zero. Wówczas energia wewnętrzna jest sumą tylko energii kinetycznych cząsteczek, związanej z ich ruchem cieplnym. Średnia energia kinetyczna pojedynczej cząsteczki gazu jest równa:

E _{K}= \frac{3}{2}  kT

gdzie: k = 1,38•10-23 J/K – stała Boltzmana, T – temperatura gazu wyrażona w kelwinach.

Uwzględniając powyższe można napisać, że energia wewnętrzna gazu zbudowanego z N cząsteczek jest równa:

U=N \cdot E _{K} = \frac{3}{2} kNT

Energia wewnętrzna – przykład.

Znajdź wartość energii wewnętrznej jednego mola gazu, którego temperatura wynosi 27°C.

Rozwiązanie:
W jednym molu substancji znajduje się N = 6,02•1023 cząsteczek. Temperatura 27°C odpowiada temperaturze 300K, więc:

U= \frac{3}{2} kNT= \frac{3}{2}  \cdot 1,38 \cdot 10 ^{-23}  \frac{J}{K}  \cdot 6,02 \cdot 10 ^{23}  \cdot 300K \approx 11215J

Polecamy również:

  • Ciepło i praca

    Ciepło i praca są wielkościami fizycznymi występującymi w pierwszej zasadzie termodynamiki i obydwie mają wymiar jednostki energii, czyli dżula. Zarówno przepływ ciepła, jak i wykonywanie pracy powoduje zmianę energii wewnętrznej układu, jednak obydwa procesy mają nieco inny charakter. Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 4 + 3 =
Ostatnio komentowane
I cóż miał rację Marek Aureliusz który chciał podbić Germanię uderzeniem przez Mor...
• 2024-07-06 19:45:33
O tym, że zmienne w czasie pole elektryczne jest źródłem pola magnetycznego, napisał ...
• 2024-06-27 07:25:33
ok
• 2024-06-05 13:52:17
nadal nie umiem tego napisać
• 2024-06-04 10:48:42
Mógłby być jeszcze do tego cały utwór napisany.
• 2024-06-03 19:41:43