Дайте поняття внутрішньої енергії

Внутрішня енергія, енергія тіла, що залежить тільки від його внутрішнього стану. Поняття Внутрішня енергія об'єднує всі види енергії тіла, за винятком енергії його руху в цілому і потенційної енергії, якої тіло може мати, якщо воно знаходиться в полі яких-небудь сил (наприклад, в поле сил тяжіння).

Поняття Внутрішня енергія ввів У. Томсон (1851), визначивши зміна Внутрішня енергія (DU) тіла (фізичної системи) в якомусь процесі як алгебраїчну суму кількості теплоти Q якої система обмінюється в ході процесу з навколишнім середовищем, і роботи А, зробленої системою або виробленої з неї:

Прийнято вважати роботу А позитивної, якщо вона проводиться системою над зовнішніми тілами, а кількість теплоти Q позитивним, якщо воно передається системі. Рівняння (1) висловлює перший початок термодинаміки - закон збереження енергії в застосуванні до процесів, в яких відбувається передача теплоти.

Відповідно до закону збереження енергії, Внутрішня енергія є однозначною функцією стану фізичної системи, тобто однозначною функцією незалежних змінних, що визначають цей стан, наприклад, температури Т і об'єму V або тиску р. Хоча кожна з величин (Q і A) залежить від характеру процесу, який переводить систему зі стану з В. е. U1 в стан з енергією U2, однозначність Внутрішня енергія призводить до того, що DU визначається лише значеннями Внутрішня енергія в початковому і кінцевому станах: DU = U2 - U1. Для будь-якого замкнутого процесу, що повертає систему в первинний стан (U2 = U1), зміна Внутрішня енергія дорівнює нулю і Q = А.

Зміна Внутрішня енергія системи в адіабатні процесі (при відсутності теплообміну з навколишнім середовищем, тобто при Q = 0) дорівнює роботі, виробленої над системою або виробленої системою.

У разі найпростішої фізичної системи - ідеального газу - зміна Внутрішня енергія, як показує кінетична теорія газів, зводиться до зміни кінетичної енергії молекул, яка визначається температурою. Тому зміна Внутрішня енергія ідеального газу (або близьких до нього за властивостями газів з малим міжмолекулярним взаємодією) визначається тільки зміною його температури (закон Джоуля). У фізичних системах, частки яких взаємодіють між собою (реальні гази, рідини, тверді тіла), Внутрішня енергія включає також енергію міжмолекулярних і внутрішньомолекулярних взаємодій. Внутрішня енергія таких систем залежить як від температури, так і від тиску (обсягу).

Експериментально можна визначити тільки приріст або спад Внутрішня енергія в фізичному процесі (за початок відліку можна взяти, наприклад, початковий стан). Методи статистичної фізики дозволяють, в принципі, теоретично розрахувати Внутрішня енергія фізичної системи, але також лише з точністю до постійного доданка, залежить від обраного нуля відліку.

В області низьких температур з наближенням до абсолютного нуля (-273,16 ° С) Внутрішня енергія конденсованих систем (рідких і твердих тіл) наближається до певного постійного значення U 0, стаючи незалежною від температури. Значення U 0 може бути прийнято за початок відліку Внутрішня енергія.

Внутрішня енергія відноситься до числа основних термодинамічних потенціалів. Зміна Внутрішня енергія при постійних обсязі і температурі системи характеризує тепловий ефект реакції, а похідна Внутрішня енергія по температурі при постійному об'ємі визначає теплоємність системи.

Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, носить назву першого закону термодинаміки.

У загальному випадку при переході системи з одного стану в інший внутрішня енергія змінюється одночасно як за рахунок здійснення роботи А, так і за рахунок передачі кількості теплоти Q:

Прискорення вільного падіння: 10 Число Авогадро: 6 * 10 23 Молярна маса води: 18 * 10 -3