Energie internă
În termodinamică, energia internă a unui sistem termodinamic sau a unui corp cu limite bine definite, notată cu U sau, uneori, E, reprezintă totalul energiei cinetice datorate mișcării moleculelor (de translație, rotație, vibrație) și al energiei potențiale asociate energiei vibraționale și electrice a atomilor din molecule sau cristale. Aceasta include energia din toate legăturile chimice și energia electronilor liberi, de conducție, din metale.
Energia internă este un potențial termodinamic și, pentru un sistem termodinamic închis menținut la entropie constantă, va fi minimizată.
Se poate calcula, de asemenea, energia internă a radiației electromagnetice sau a corpului negru. Aceasta este o funcție de stare a unui sistem, o mărime extinsă. Unitatea SI de energie este joule-ul, deși alte unități istorice, convenționale, sunt încă utilizate, cum ar fi caloria (mică și mare) pentru căldură. (Caloriile care se regăsesc pe etichetele clasice ale alimentelor sunt de fapt kilo-calorii).
Prezentare generală
Energia internă nu include energia cinetică de translație sau de rotație a unui corp ca întreg. De asemenea, nu include echivalentul relativist masă-energie E = mc2 . Aceasta exclude orice energie potențială pe care un corp o poate avea din cauza poziției sale în câmpul gravitațional sau electrostatic extern, deși energia potențială pe care o are într-un câmp datorită unui moment de dipol electric sau magnetic indus contează, la fel ca și energia de deformare a solidelor (tensiune-deformație).
Principiul echipărțirii energiei în mecanica statistică clasică afirmă că fiecare grad de libertate moleculară primește 1/2 kT de energie, un rezultat care a fost modificat atunci când mecanica cuantică a explicat anumite anomalii; de exemplu, în cazul căldurilor specifice observate ale cristalelor (când hν > kT). În cazul heliului monatomic și al altor gaze nobile, energia internă constă doar din energia cinetică de translație a fiecărui atom. Particulele monatomice, desigur, nu se rotesc sau vibrează (în mod sensibil) și nu sunt excitate electronic la energii mai mari decât la temperaturi foarte ridicate.
Din punctul de vedere al mecanicii statistice, energia internă este egală cu media de ansamblu a energiei totale a sistemului.
Întrebări și răspunsuri
Î: Care este simbolul folosit pentru a indica energia internă?
R: Simbolul utilizat pentru a indica energia internă este U sau, uneori, E.
Î: Ce tip de energie include energia internă?
R: Energia internă include energia cinetică datorată mișcării moleculelor (de translație, de rotație, de vibrație) și energia potențială asociată cu energia vibrațională și electrică a atomilor din molecule sau cristale. De asemenea, include energia din toate legăturile chimice și electronii de conducție liberă din metale.
Î: Este energia internă o funcție de stare?
R: Da, energia internă este un potențial termodinamic și o funcție de stare a unui sistem.
Î: Ce unitate de măsură se utilizează pentru măsurarea energiei interne?
R: Unitatea SI pentru măsurarea energiei interne este joulii, deși alte unități istorice, cum ar fi caloriile, sunt încă utilizate.
Î: Cum afectează entropia energiile interne?
R: Pentru un sistem termodinamic închis menținut la entropie constantă, energiile interne vor fi minimizate.
Î: Puteți calcula energiile interne ale radiației electromagnetice sau ale radiației corpului negru?
R: Da, este posibil să se calculeze energiile interne ale radiației electromagnetice sau ale radiației corpului negru.
Î: Sunt corecte etichetele alimentelor atunci când enumeră caloriile?
R: Nu, etichetele produselor alimentare nu sunt exacte atunci când enumeră caloriile, deoarece acestea se referă, de fapt, la kilo-calorii.
