Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w
termodynamice
– całkowita
energia
układu będącą sumą energii
oddziaływań międzycząsteczkowych
i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.
Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest zmiana energii wewnętrznej, dlatego określając energię wewnętrzną układu pomija się te rodzaje energii, które nie zmieniają się w rozpatrywanym układzie termodynamicznym. Na przykład dla
gazu doskonałego
jedyną składową energii wewnętrznej, która może się zmieniać, jest
energia kinetyczna
cząsteczek gazu. Stąd zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek.
Energia wewnętrzna jest jednym z
potencjałów termodynamicznych
. Według
I zasady termodynamiki
energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną
funkcję stanu
, którą dla danej porcji gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np.
ciśnienie
,
temperaturę
,
objętość właściwą
,
entalpię
,
entropię
i inne.
Związek z innymi wielkościami termodynamicznymi
gdzie
- T –
temperatura
(w kelwinach),
- S –
entropia
,
- p –
ciśnienie
,
- V –
objętość
,
- μi –
potencjał chemiczny
i-tego składnika,
- Ni – liczba cząsteczek i-tego składnika.
Ze wzorów tych wynika
- –
temperatura
- –
ciśnienie
- –
potencjał chemiczny
Jednostką energii w
układzie SI
jest
dżul
(J).
W gazie doskonałym
W przypadku gazu doskonałego zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek i wyraża ją wzór
gdzie
- n – liczba moli gazu,
- CV – ciepło molowe przy stałej objętości,
- ΔT – zmiana temperatury gazu.
Zobacz też