Вътрешна енергиятяло (наричано като дили U) е сумата от енергиите на молекулните взаимодействия и топлинните движения на една молекула. Вътрешната енергия е еднозначна функция на състоянието на системата. Това означава, че когато системата е в дадено състояние, тя вътрешна енергияпридобива стойността, присъща на това състояние, независимо от историята на системата. Следователно промяната във вътрешната енергия по време на прехода от едно състояние към друго винаги ще бъде равна на разликата между нейните стойности в крайното и началното състояние, независимо от пътя, по който е направен преходът.

Вътрешната енергия на тялото не може да бъде измерена директно. Може да се определи само промяната на вътрешната енергия:

Тази формула е математически израз на първия закон на термодинамиката

За квазистатичните процеси е валидна следната зависимост:

Идеални газове

Според закона на Джаул, получен емпирично, вътрешната енергия на идеалния газ не зависи от налягането или обема. Въз основа на този факт може да се получи израз за промяната на вътрешната енергия на идеален газ. По дефиниция на моларен топлинен капацитет при постоянен обем, . Тъй като вътрешната енергия на идеален газ е функция само на температурата, тогава

Същата формула важи и за изчисляване на изменението на вътрешната енергия на всяко тяло, но само при процеси с постоянен обем (изохорни процеси); обикновено е функция както на температурата, така и на обема.

Ако пренебрегнем промяната на моларния топлинен капацитет с промяна на температурата, получаваме:

където е количеството вещество, е промяната в температурата.

Литература

• Сивухин Д.В.Общ курс по физика. - 5-то издание, преработено. - М .: Физматлит, 2006. - Т. II. Термодинамика и молекулярна физика. - 544 стр. - ISBN 5-9221-0601-5

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "вътрешна енергия" в други речници:

вътрешна енергия- Функцията на състоянието на затворена термодинамична система, определена от факта, че нейното увеличение във всеки процес, протичащ в тази система, е равно на сумата от топлината, предадена на системата, и работата, извършена върху нея. Забележка Вътрешна енергия…… Наръчник за технически преводач

Физическа енергия. система, в зависимост от вътрешните й държави. V. e. включва енергията на хаотичното (топлинно) движение на всички микрочастици на системата (молекули, атоми, йони и др.) и енергията на удара на тези частици. Кинетичен енергия на движение на системата като цяло и ... Физическа енциклопедия

ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ- енергията на тяло или система в зависимост от вътрешното им състояние; състои се от кинетична енергиямолекули на тялото и техните структурни единици (атоми, електрони, ядра), енергията на взаимодействие на атомите в молекулите, енергията на взаимодействие на електронните ... ... Голяма политехническа енциклопедия

Тялото се състои от кинетичната енергия на молекулите на тялото и техните структурни единици (атоми, електрони, ядра), енергията на взаимодействието на атомите в молекулите и др. Вътрешната енергия не включва енергията на движение на тялото като цяло и потенциалната енергия ... Голям енциклопедичен речник

вътрешна енергия- ▲ енергийно материално тяло, според състояние, вътрешна температура, вътрешна en … Идеографски речник на руския език

вътрешна енергия- е общата енергия на системата минус потенциалната енергия, дължаща се на въздействието върху системата на външните силови полета (в гравитационното поле), и кинетичната енергия на движещата се система. Обща химия: учебник / А. В. Жолнин ... Химически термини

Съвременна енциклопедия

Вътрешна енергия- тела, включва кинетичната енергия на молекулите, атомите, електроните, ядрата, които изграждат тялото, както и енергията на взаимодействие на тези частици една с друга. Промяната във вътрешната енергия е числено равна на работата, която се извършва върху тялото (например, когато то ... ... Илюстрован енциклопедичен речник

вътрешна енергия- термодинамична величина, характеризираща броя на всички видове вътрешни движения, извършвани в системата. Невъзможно е да се измери абсолютната вътрешна енергия на тялото. На практика се измерва само промяната на вътрешната енергия ... ... Енциклопедичен речник по металургия

Тялото се състои от кинетичната енергия на молекулите на тялото и техните структурни единици (атоми, електрони, ядра), енергията на взаимодействието на атомите в молекулите и др. Вътрешната енергия не включва енергията на движение на тялото като цяло и потенциална енергия ... енциклопедичен речник

Книги

• Пътят на Ци. Жизнена енергия в тялото ви. Упражнения и медитация, Свейгард Матю. Балансът и вътрешната хармония са ни дадени от раждането, но модерен животмогат лесно да ни извадят от естествения ни баланс. Понякога го нарушаваме съзнателно, да речем, като ядем твърде много ...

Основната характеристика на вътрешното състояние на една физическа система е нейната вътрешна енергия.

Вътрешна енергия (U) включва енергията на хаотичното (топлинно) движение на всички микрочастици на системата (молекули, атоми, йони и т.н.) и енергията на взаимодействие на тези частици, т.е. кинетична, потенциална и т.н., с изключение на общата енергия на покой на всички частици.

Свойства на вътрешната енергия

1. В състояние на термодинамично равновесие частиците, които изграждат макроскопичните тела, се движат по такъв начин, че тяхната обща енергия винаги е равна на вътрешната енергия на тялото с висока точност.

2. Вътрешната енергия е функция от състоянието на физическата система.

3. Вътрешната енергия на физическата система не зависи от пътя на нейния преход от едно състояние в друго, а се определя само от стойностите на вътрешната енергия в началното и крайното състояние: D U \u003d U 2 -U 1 .

4. Вътрешната енергия се характеризира със свойството адитивност, т.е. тя е равна на общата вътрешна енергия на телата, включени в системата.

Забележка: газовите частици, освен транслационни степени на свобода, имат и вътрешни. Например, ако частиците на газ са молекули, тогава освен електронното движение е възможно въртенето на молекулите, както и вибрациите на атомите, които изграждат молекулите.

Постъпателното движение на газовите частици се подчинява на класическите закони, а техните вътрешни движения имат квантово естество. Само при определени условия вътрешните степени на свобода могат да се считат за класически.

За изчисляване на вътрешната енергия на идеален газ се използва законът за равномерно разпределение на енергията спрямо класическите степени на свобода. В случай на идеален газ се взема предвид само кинетичната енергия на постъпателното движение на частиците. Ако газовите частици са отделни атоми, тогава всеки има три транслационни степени на свобода.

Следователно всеки атом има средна кинетична енергия:

< д к > =3 kT/2.

Ако газът се състои от N атома, тогава неговата вътрешна енергия

Ако вибрационните степени на свобода на молекулите също са възбудени, тогава техният принос към вътрешната енергия

.

(1.27)

Формула (1.27) отчита, че всяко колебателно движение на молекулите се характеризира със средна кинетична и средна потенциална енергия, които са равни една на друга. Следователно, съгласно закона за равномерно разпределение на енергията по степени на свобода, една вибрационна степен на свобода представлява средната енергия kT.

По този начин, ако молекулата е двуатомна, тогава общият брой нейни степени на свободааз=6. Три от тях са прогресивни (аз бърз =3), две ротационни (аз vr =2) и един вибрационен (аз броя =1). При температури, когато вибрационните степени на свобода са все още „замръзнали“, вътрешната енергия на двуатомните идеални газови молекули .

Ако вибрационните степени на свобода са „размразени“, тогава вътрешната енергия на двуатомните молекули на идеален газ е U = U post + U vr + U count =.

По този начин вътрешната енергия на моноатомен идеален газ

Където< e k > = .

Брой молове газ н=N/N а = м/М, тогава

Всяко тяло или предмет има енергия. Например летящ самолет или падаща топка имат механична енергия. В зависимост от взаимодействието с външни тела се разграничават два вида механична енергия: кинетичен и потенциален. Кинетична енергия притежават всички обекти, които се движат в пространството по един или друг начин. Това е самолет, птица, топка, летяща на вратата, движеща се кола и т.н. Вторият вид механична енергия е потенциална. Тази енергия се притежава например от издигнат камък или топка над земята, компресирана пружина и др. В този случай кинетичната енергия на тялото може да се преобразува в потенциална енергия и обратно.

Самолети, хеликоптери и дирижабли имат кинетична енергия

Сгъстената пружина има потенциална енергия

Помислете за пример. Треньорът взима топката и я държи в ръцете си. Топката има потенциална енергия. Когато треньорът хвърли топката на земята, тя има кинетична енергия, докато лети. След като топката отскочи, също има поток от енергия, докато топката лежи на полето. В този случай както кинетичната, така и потенциалната енергия са равни на нула. Но топката в същото време увеличи вътрешната енергия на молекулите поради взаимодействието с полето.

Но има и вътрешната енергия на молекулите на тялото, например същата топка. Докато го движим или повдигаме, вътрешната енергия не се променя. Вътрешната енергия не зависи от механично действие или движение, а зависи само от температурата, агрегатното състояние и други характеристики.

Във всяко тяло има много молекули, те могат да имат както кинетичната енергия на движение, така и потенциалната енергия на взаимодействие. При което вътрешна енергияе сумата от енергиите на всички молекули в тялото.

Как да променим вътрешната енергия на тялото

Вътрешната енергия зависи от скоростта на движение на молекулите в тялото. Колкото по-бързо се движат, толкова по-висока е енергията на тялото. Това обикновено се случва при нагряване на тялото. Ако го охладим, тогава се получава обратният процес – вътрешната енергия намалява.

Ако загреем тиган с огън (печка), тогава ние извършваме работа върху този обект и съответно променяме вътрешната му енергия.

Вътрешната енергия може да се промени по два основни начина.Извършване на работа върху тялотоувеличаваме вътрешната му енергия и обратно, ако тялото извършва работа, то вътрешната му енергия намалява. Вторият начин за промяна на вътрешната енергия епроцес на пренос на топлина.Моля, имайте предвид, че във втория вариант не се работи върху тялото. Така например един стол се отоплява през зимата, стои доблизо до горещата батерия. Преносът на топлина винаги става от тела с повече висока температуракъм тела с по-ниска температура.

Така през зимата въздухът се нагрява от батериите. Нека направим малък експеримент, който можете да направите у дома. Вземете чаша топла водаи го сложете в купа или съд със студено. След известно време температурата на водата в двата съда ще стане еднаква. Това е процес на пренос на топлина, тоест промени във вътрешната енергия без извършване на работа. Има три вида пренос на топлина:

Според MKT всички вещества са съставени от частици, които са в непрекъснато топлинно движение и взаимодействат помежду си. Следователно, дори ако тялото е неподвижно и има нулева потенциална енергия, то има енергия (вътрешна енергия), която е общата енергия на движение и взаимодействие на микрочастиците, които изграждат тялото. Съставът на вътрешната енергия включва:

1. кинетична енергия на транслационно, ротационно и вибрационно движение на молекули;
2. потенциална енергия на взаимодействие на атоми и молекули;
3. вътрешноатомна и вътрешноядрена енергия.

В термодинамиката процесите се разглеждат при температури, при които не се възбужда колебателното движение на атомите в молекулите, т.е. при температури не по-високи от 1000 К. При тези процеси се променят само първите два компонента на вътрешната енергия. Следователно под вътрешна енергияв термодинамиката те разбират сумата от кинетичната енергия на всички молекули и атоми на едно тяло и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие.

Вътрешната енергия на тялото определя топлинното му състояние и се променя при прехода от едно състояние в друго. В дадено състояние тялото има точно определена вътрешна енергия, независеща от процеса, в резултат на който е преминало в това състояние. Следователно вътрешната енергия много често се нарича функция на състоянието на тялото.

Вътрешната енергия е величина, която характеризира термодинамичното състояние на тялото. Всяко тяло се състои от частици, които непрекъснато се движат и взаимодействат една с друга. Вътрешната енергия на тялото е сумата от кинетичната енергия на движението на частиците на материята и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие.

з Степента на свобода е броят на независимите променливи, които определят положението на тялото в пространството и се обозначава аз .

Както се вижда, позицията на материална точка (моноатомна молекула) се дава от три координати, Ето защо има три степени на свобода : аз = 3

Вътрешната енергия зависи от температурата. Ако температурата се промени, тогава вътрешната енергия се променя.

Промяна във вътрешната енергия

За решения практически въпросиважна роля играе не самата вътрешна енергия, а нейното изменение ΔU = U2 - U1. Промяната във вътрешната енергия се изчислява въз основа на законите за запазване на енергията.
Вътрешната енергия на тялото може да се промени по два начина:

1. При направата механична работа.

а) Ако външна сила причини деформация на тялото, тогава разстоянията между частиците, от които се състои, се променят и следователно се променя потенциалната енергия на взаимодействието на частиците. При нееластични деформации освен това се променя температурата на тялото, т.е. кинетичната енергия на топлинното движение на частиците се променя. Но когато тялото се деформира, се извършва работа, която е мярка за изменението на вътрешната енергия на тялото.

б) Вътрешната енергия на едно тяло се променя и при нееластичен сблъсък с друго тяло. Както видяхме по-рано, по време на нееластичен сблъсък на тела тяхната кинетична енергия намалява, превръща се във вътрешна енергия (например, ако ударите няколко пъти с чук върху тел, разположена върху наковалня, телта ще се нагрее). Мярката за промяна на кинетичната енергия на тялото, според теоремата за кинетичната енергия, е работата на действащите сили. Тази работа може да служи и като мярка за промени във вътрешната енергия.

в) Промяната във вътрешната енергия на тялото става под действието на силата на триене, тъй като, както е известно от опита, триенето винаги е придружено от промяна в температурата на триещите се тела. Работата на силата на триене може да служи като мярка за изменението на вътрешната енергия.

2. С помощ пренос на топлина. Например, ако тяло се постави в пламък на горелка, температурата му ще се промени и следователно вътрешната му енергия също ще се промени. Тук обаче не се работеше, защото нямаше видимо движение нито на самото тяло, нито на неговите части.

Промяната във вътрешната енергия на система без извършване на работа се нарича топлообмен(пренос на топлина).

Има три вида пренос на топлина: проводимост, конвекция и излъчване.

а) топлопроводимосте процесът на топлообмен между тела (или части на тялото) при техния пряк контакт, дължащ се на термичното хаотично движение на частиците на тялото. Амплитудата на трептенията на молекулите на твърдото тяло е толкова по-голяма, колкото по-висока е температурата му. Топлинната проводимост на газовете се дължи на обмена на енергия между газовите молекули по време на техния сблъсък. При течностите работят и двата механизма. Топлинната проводимост на веществото е максимална в твърдо състояние и минимална в газообразно състояние.

б) Конвекцияе пренос на топлина чрез нагрети потоци течност или газ от една част от обема, който те заемат, към друга.

в) Пренос на топлина при радиацияизвършва се от разстояние с помощта на електромагнитни вълни.

Всяко макроскопично тяло има енергияпоради своето микросъстояние. Това енергияНаречен вътрешни(означено U). Тя е равна на енергията на движение и взаимодействие на микрочастиците, които изграждат тялото. Така, вътрешна енергия идеален газсе състои от кинетичната енергия на всички негови молекули, тъй като тяхното взаимодействие в този случай може да бъде пренебрегнато. Следователно то вътрешна енергиязависи само от температурата на газа ( u~T).

Моделът на идеалния газ предполага, че молекулите са на разстояние няколко диаметъра една от друга. Следователно енергията на тяхното взаимодействие е много по-малка от енергията на движение и може да се пренебрегне.

В реалните газове, течности и твърди тела взаимодействието на микрочастиците (атоми, молекули, йони и др.) не може да бъде пренебрегнато, тъй като то значително влияе върху техните свойства. Следователно техните вътрешна енергиясе състои от кинетичната енергия на топлинното движение на микрочастиците и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. Тяхната вътрешна енергия, освен температурата T,ще зависи и от обема V,тъй като промяната в обема влияе на разстоянието между атомите и молекулите и следователно на потенциалната енергия на тяхното взаимодействие помежду си.

Вътрешна енергия е функция от състоянието на тялото, което се определя от неговата температураTи том V.

Вътрешна енергия определя се еднозначно от температуратаT и обем на тялото V, характеризиращи неговото състояние:U=U(Т, V)

Да се промяна на вътрешната енергиятела, е необходимо действително да се промени или кинетичната енергия на топлинното движение на микрочастиците, или потенциалната енергия на тяхното взаимодействие (или и двете). Както знаете, това може да стане по два начина - чрез пренос на топлина или в резултат на извършване на работа. В първия случай това се случва поради прехвърлянето на определено количество топлина Q;във втория - поради извършване на работа А.

По този начин, количеството топлина и извършената работа са мярка за промяна във вътрешната енергия на тялото:

Δ U=Q+А.

Промяната във вътрешната енергия се дължи на определено количество топлина, отдадено или получено от тялото или поради извършване на работа.

Ако се извършва само пренос на топлина, тогава промяната вътрешна енергиявъзниква чрез получаване или отдаване на определено количество топлина: Δ U=Q.При нагряване или охлаждане на тяло то е равно на:

Δ U=Q = см(T 2 - T 1) =смΔT.

При топене или кристализиране на твърди вещества вътрешна енергияпромени поради промяна в потенциалната енергия на взаимодействието на микрочастиците, тъй като има структурни промени в структурата на материята. В този случай промяната във вътрешната енергия е равна на топлината на топене (кристализация) на тялото: Δ U-Q pl \u003dλ м,Където λ - специфична топлина на топене (кристализация) на твърдо тяло.

Изпарението на течности или кондензацията на пари също причинява промяна вътрешна енергия, което е равно на топлината на изпарение: Δ U=Q p =rm,Където r- специфична топлина на изпаряване (кондензация) на течността.

промяна вътрешна енергиятяло поради извършването на механична работа (без пренос на топлина) е числено равна на стойността на тази работа: Δ U=А.

Ако в резултат на пренос на топлина възникне промяна във вътрешната енергия, тогаваΔ U=Q=см(Т2 —T1),илиΔ U= Q мн = λ м,илиΔ U=Qn =rm.

Следователно, от гледна точка на молекулярната физика: материал от сайта

Вътрешна енергия на тялото е сумата от кинетичната енергия на топлинното движение на атоми, молекули или други частици, от които се състои, и потенциалната енергия на взаимодействие между тях; от термодинамична гледна точка е функция на състоянието на тялото (системата от тела), което се определя еднозначно от неговите макропараметри - температураTи том V.

По този начин, вътрешна енергияе енергията на системата, която зависи от нейното вътрешно състояние. Състои се от енергията на топлинното движение на всички микрочастици на системата (молекули, атоми, йони, електрони и др.) и енергията на тяхното взаимодействие. Практически е невъзможно да се определи пълната стойност на вътрешната енергия, поради което се изчислява промяната на вътрешната енергия Δ ти,което възниква поради пренос на топлина и извършване на работа.

Вътрешната енергия на тялото е равна на сумата от кинетичната енергия на топлинното движение и потенциалната енергия на взаимодействие на съставните му микрочастици.

На тази страница материал по темите:

• Какво определя вътрешната енергия на твърдото тяло

• Начинът за промяна на вътрешната енергия на тялото, кратко резюме

• От какви макропараметри зависи вътрешната енергия на тялото

• Кратко съобщение "за използването на вътрешната енергия на тялото"