Energia interna

De WikiLingua.net

En física, l'energia interna O d'un sistema intenta ser un reflex de l'energia a escala microscópica. Més concretament, és la suma de:

l'energia cinética interna, és a dir, de les sumes de les energies cinéticas de les individualitats que ho formen respecte al centre de masses del sistema, i de
l'energia potencial interna, que és l'energia potencial associada a les interaccions entre aquestes individualitats.^[1]

L'energia interna no inclou l'energia cinética traslacional o rotacional del sistema com un tot. Tampoc inclou l'energia potencial que el cos pugui tenir per la seva localització en un camp gravitacional o electrostático extern.

Si pensem en constituents atòmics o moleculares, serà el resultat de la suma de l'energia cinética de les molècules o àtoms que constitueixen el sistema (de les seves energies de traslación, rotació i vibració), i de l'energia potencial intermolecular (deguda a les forces intermoleculares de tipus gravitatorio, electromagnètic o nuclear):

En un gas ideal monoatómico bastarà amb considerar l'energia cinética de traslación de les seves molècules.
En un gas ideal poliatómico, haurem de considerar a més l'energia vibracional i rotacional de les mateixes.
En un líquid o sòlid haurem d'afegir l'energia potencial que representa les interaccions moleculares.

Des del punt de vista de la termodinámica, en un sistema tancat (o sigui, de parets impermeables), la variació total d'energia interna és igual a la suma de les quantitats d'energia comunicades al sistema en forma de calor i de treball $Δ O = Q + W$ . Encara que la calor transmesa depèn del procés en qüestió, la variació d'energia interna és independent del procés, només depèn de l'estat inicial i final, pel que es diu que és una funció d'estat. De la mateix manera $d O$ és una diferencial exacta, a diferència de $\partial Q$ , que depèn del procés.

Taula de continguts

1 L'enfocament termodinámico: l'ecuación fonamental
2 Algunes variacions de l'energia interna
3 Vegi's també
4 Referències

[editar] L'enfocament termodinámico: l'ecuación fonamental

En termodinámica es dedueix l'existència ^[2] d'una ecuación de la forma

O = O (S, V, N)

coneguda com ecuación fonamental en representació d'energies.

La importància de la mateixa radica que concentra en una sola ecuación tota la informació termodinámica d'un sistema. L'obtenció de resultats concrets a partir de la mateixa es converteix llavors en un procés sistemàtic.

Si calculem el seu diferencial:

$dU=(\frac{\partial U}{\partial S}) dS +(\frac{\partial U}{\partial V}) dV +(\frac{\partial U}{\partial N}) dN$

es defineixen les seves derivades parcials:

la temperatura $T = \frac{\partial U}{\partial S}$
la pressió $P = -\frac{\partial U}{\partial V}$
el potencial químic $\mu = \frac{\partial U}{\partial N}$ .

Com T, P i $μ$ són derivades parcials d'O, seran funcions de les mateixes variables que O:

$T=T(S,V,N) \qquad P=P(S,V,N) \qquad \mu=\mu(S,V,N)$

Aquestes relacions reben el nom d'ecuaciones d'estat. Pel general no es disposa de l'ecuación fonamental d'un sistema. En aquest cas les seves substitució pel conjunt de totes les ecuaciones d'estat proporcionaria una informació equivalent, encara que sovint hàgim de conformar-nos amb un subconjunto de les mateixes.

[editar] Algunes variacions de l'energia interna

A l'augmentar la temperatura d'un sistema, sense que variï res més, augmenta la seva energia interna reflectit en l'augment de la calor del sistema complet o de la matèria estudiada.

Convencionalmente, quan es produeix una variació de l'energia interna manifestada en la variació de la calor que pot ser cedit, mantingut o absorbit es pot mesurar aquest canvi en l'energia interna indirectament per la :variació de la temperatura de la matèria;

1.- Sense que es modifiqui la composició química o canvi d'estat de la matèria que compon el sistema, es parla de variació de l'energia interna sensible i es pot calcular d'acord als següents paràmetres;

$Q = C_e m \Delta T\!$

Q = és la variació d'energia o de calor del sistema en un temps definit mesura en [kcal],

Ce = calor especifico de la matèria [kcal / kg * ºC].

m = massa

$\Delta T\!$ = temperatura final del sistema - temperatura inicial (en graus celsius ºC).

Exemple

Calcular l'energia total d'un sistema compost d'1 g d'aigua en condicions normals, és a dir a l'altura del mar, una atmosfera de pressió i a 14 ºC per a portar-ho a 15º C, sabent que el Ce de l'aigua és = 1 [calç / g * ºC].

Aplicant la fórmula $Q = C_e m \Delta T\!$ i reemplaçant els valors, tenim;

Q = 1 [calç / g * ºC] * 1 [g] * (15 - 14) [ºC] = 1 [calç]

2.- Si es produeix alteració de l'estructura atòmica-molecular, com és el cas de les reaccions químiques o canvi d'estat, es parla de variació de l'energia interna químicao variació de l'energia interna latent.

Aquesta condició de canvi d'estat es pot calcular d'acord a:

$Q = C_{ce} m\!$

On $C_{ce}\!$ = Coeficiente de canvi d'estat, mesurat en [Kcal / m]

3.- Finalment, en les reaccions de fisión i fusió es parla d'energia interna nuclear.

Energia cinética mitjana d'un gas.2\!" src="../../../../math/b/1/a/b1a9c1485614f7521594c451e8f61497.png" /\>