Unutarnja energija tijelo (naziva se kao E ili U) je zbroj energija međudjelovanja molekula i toplinskih gibanja molekule. Unutarnja energija je jednoznačna funkcija stanja sustava. To znači da kad god je sustav u određenom stanju, njegov unutarnja energija poprima vrijednost svojstvenu ovoj državi, bez obzira na povijest sustava. Posljedično, promjena unutarnje energije tijekom prijelaza iz jednog stanja u drugo uvijek će biti jednaka razlici između njezinih vrijednosti u konačnom i početnom stanju, bez obzira na put kojim je prijelaz napravljen.

Unutarnja energija tijela ne može se izravno mjeriti. Može se odrediti samo promjena unutarnje energije:

Ova formula je matematički izraz prvog zakona termodinamike

Za kvazistatičke procese vrijedi sljedeći odnos:

Idealni plinovi

Prema Jouleovom zakonu, izvedenom empirijski, unutarnja energija idealnog plina ne ovisi o tlaku ili volumenu. Na temelju te činjenice može se dobiti izraz za promjenu unutarnje energije idealnog plina. Prema definiciji molarnog toplinskog kapaciteta pri konstantnom volumenu, . Budući da je unutarnja energija idealnog plina samo funkcija temperature, dakle

Ista formula vrijedi i za izračunavanje promjene unutarnje energije bilo kojeg tijela, ali samo u procesima s konstantnim volumenom (izohorni procesi); općenito je funkcija i temperature i volumena.

Ako zanemarimo promjenu molarnog toplinskog kapaciteta s promjenom temperature, dobivamo:

gdje je količina tvari, je promjena temperature.

Književnost

• Sivukhin D.V. Opći tečaj fizike. - 5. izdanje, dopunjeno. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. II. Termodinamika i molekularna fizika. - 544 str. - ISBN 5-9221-0601-5

Bilješke

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "unutarnja energija" u drugim rječnicima:

unutarnja energija- Funkcija stanja zatvorenog termodinamičkog sustava, određena činjenicom da je njezin prirast u bilo kojem procesu koji se odvija u ovom sustavu jednak zbroju topline dodijeljene sustavu i rada obavljenog na njemu. Napomena Unutarnja energija…… Tehnički prevoditeljski priručnik

Fizička energija. sustava, ovisno o njegovoj unutarnjoj Države. V. e. uključuje energiju kaotičnog (toplinskog) gibanja svih mikročestica sustava (molekula, atoma, iona itd.) i energiju udara tih čestica. Kinetička energija kretanja sustava u cjelini i ... Fizička enciklopedija

UNUTARNJA ENERGIJA- energija tijela ili sustava, ovisno o njihovom unutarnjem stanju; sastoji se od kinetička energija molekule tijela i njihove strukturne jedinice (atomi, elektroni, jezgre), energija međudjelovanja atoma u molekulama, energija međudjelovanja elektroničkih ... ... Velika politehnička enciklopedija

Tijelo se sastoji od kinetičke energije molekula tijela i njihovih strukturnih jedinica (atoma, elektrona, jezgri), energije međudjelovanja atoma u molekulama itd. Unutarnju energiju ne uključuje energija gibanja tijelo u cjelini i potencijalna energija ... Veliki enciklopedijski rječnik

unutarnja energija- ▲ energija materijalno tijelo, prema stanju, unutrašnjoj temperaturi unutarnja en … Ideografski rječnik ruskog jezika

unutarnja energija- je ukupna energija sustava umanjena za potencijalnu energiju, uslijed utjecaja na sustav polja vanjskih sila (u gravitacijskom polju), i kinetičku energiju gibajućeg sustava. Opća kemija: udžbenik / A. V. Zholnin ... Kemijski pojmovi

Moderna enciklopedija

Unutarnja energija- tijela, uključuje kinetičku energiju molekula, atoma, elektrona, jezgri koje čine tijelo, kao i energiju međusobnog djelovanja tih čestica. Promjena unutarnje energije brojčano je jednaka radu koji se izvrši na tijelu (npr. kada ono ... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

unutarnja energija- termodinamička veličina koja karakterizira broj svih vrsta unutarnjih kretanja koja se izvode u sustavu. Nemoguće je izmjeriti apsolutnu unutarnju energiju tijela. U praksi se mjeri samo promjena unutarnje energije ... ... Enciklopedijski rječnik metalurgije

Tijelo se sastoji od kinetičke energije molekula tijela i njihovih strukturnih jedinica (atoma, elektrona, jezgri), energije međudjelovanja atoma u molekulama itd. Unutarnju energiju ne uključuje energija gibanja tijela. u cjelini i potencijalna energija ... enciklopedijski rječnik

knjige

• Put Qija. Životna energija u vašem tijelu. Vježbe i meditacija, Sveigard Matthew. Ravnoteža i unutarnji sklad dani su nam od rođenja, ali modernog života može nas lako izbaciti iz naše prirodne ravnoteže. Ponekad ga svjesno kršimo, recimo, jedući previše ...

Glavna karakteristika unutarnjeg stanja fizičkog sustava je njegova unutarnja energija.

Unutarnja energija (U) uključuje energiju kaotičnog (toplinskog) gibanja svih mikročestica sustava (molekula, atoma, iona itd.) i energiju međudjelovanja tih čestica, tj. kinetička, potencijalna itd., osim ukupne energije mirovanja svih čestica.

Svojstva unutarnje energije

1. U stanju termodinamičke ravnoteže čestice koje čine makroskopska tijela gibaju se tako da je njihova ukupna energija uvijek s velikom točnošću jednaka unutarnjoj energiji tijela.

2. Unutarnja energija je funkcija stanja fizičkog sustava.

3. Unutarnja energija fizičkog sustava ne ovisi o putu njegovog prijelaza iz jednog stanja u drugo, već je određena samo vrijednostima unutarnje energije u početnom i završnom stanju: D U \u003d U 2 -U 1 .

4. Unutarnju energiju karakterizira svojstvo aditivnosti, t.j. jednaka je ukupnoj unutarnjoj energiji tijela uključenih u sustav.

Napomena: čestice plina osim translacijskih stupnjeva slobode imaju i unutarnje. Na primjer, ako su čestice plina molekule, tada je, osim elektroničkog gibanja, moguća rotacija molekula, kao i vibracije atoma koji čine molekule.

Translatorno gibanje čestica plina pokorava se klasičnim zakonima, a njihova unutarnja gibanja su kvantne prirode. Samo pod određenim uvjetima unutarnji stupnjevi slobode mogu se smatrati klasičnim.

Za izračun unutarnje energije idealnog plina koristi se zakon ekviparticije energije prema klasičnim stupnjevima slobode. U slučaju idealnog plina uzima se u obzir samo kinetička energija translatornog gibanja čestica. Ako su čestice plina pojedinačni atomi, tada svaka ima tri translacijska stupnja slobode.

Stoga svaki atom ima prosječnu kinetičku energiju:

< e k > =3 kT/2.

Ako se plin sastoji od N atoma, tada njegova unutarnja energija

Ako su pobuđeni i vibracijski stupnjevi slobode molekula, tada je njihov doprinos unutarnjoj energiji

.

(1.27)

Formula (1.27) uzima u obzir da svako oscilatorno gibanje molekula karakterizira prosječna kinetička i prosječna potencijalna energija, koje su međusobno jednake. Prema tome, prema zakonu ravnomjernosti energije po stupnjevima slobode, jedan vibracijski stupanj slobode odgovara prosječnoj energiji kT.

Dakle, ako je molekula dvoatomna, tada je ukupni broj njezinih stupnjeva slobodeja=6. Tri od njih su progresivne (ja brzo =3), dvije rotacijske (ja vr =2) i jedan vibracijski (ja računati =1). Na temperaturama kada su vibracijski stupnjevi slobode još uvijek "zamrznuti", unutarnja energija dvoatomnih molekula idealnog plina .

Ako su vibracijski stupnjevi slobode "odmrznuti", tada je unutarnja energija dvoatomnih molekula idealnog plina U = U post + U vr + U count =.

Dakle, unutarnja energija monatomskog idealnog plina

Gdje< e k > = .

Broj molova plina n=N/N a = m/M, dakle

Svako tijelo ili predmet ima energiju. Na primjer, avion koji leti ili lopta koja pada imaju mehaničku energiju. Ovisno o interakciji s vanjskim tijelima, razlikuju se dvije vrste mehanička energija: kinetički i potencijalni. Kinetičku energiju posjeduju svi objekti koji se na ovaj ili onaj način kreću u prostoru. To je zrakoplov, ptica, lopta koja leti na vratima, automobil u pokretu itd. Druga vrsta mehaničke energije je potencijalna. Tu energiju posjeduje, na primjer, kamen ili lopta podignuta iznad tla, stisnuta opruga itd. U tom slučaju kinetička energija tijela može se pretvoriti u potencijalnu energiju i obrnuto.

Avioni, helikopteri i zračni brodovi imaju kinetičku energiju

Stisnuta opruga ima potencijalnu energiju

Razmotrite primjer. Trener podiže loptu i drži je u rukama. Lopta ima potencijalnu energiju. Kada trener baci loptu na tlo, ona ima kinetičku energiju dok leti. Nakon što lopta odskoči, postoji i protok energije sve dok lopta ne legne na polje. U ovom slučaju i kinetička i potencijalna energija jednake su nuli. Ali lopta je istodobno povećala unutarnju energiju molekula zbog interakcije s poljem.

Ali postoji i unutarnja energija molekula tijela, na primjer, ista lopta. Sve dok ga mičemo ili podižemo, unutarnja energija se ne mijenja. Unutarnja energija ne ovisi o mehaničkom djelovanju ili kretanju, već samo o temperaturi, agregatnom stanju i drugim značajkama.

U svakom tijelu postoji mnogo molekula, koje mogu imati i kinetičku energiju gibanja i potencijalnu energiju međudjelovanja. pri čemu unutarnja energija je zbroj energija svih molekula u tijelu.

Kako promijeniti unutarnju energiju tijela

Unutarnja energija ovisi o brzini kretanja molekula u tijelu. Što se brže kreću, veća je energija tijela. To se obično događa kada je tijelo zagrijano. Ako ga ohladimo, tada se događa obrnuti proces – unutarnja energija se smanjuje.

Ako vatrom (štednjakom) zagrijemo tavu, tada vršimo rad na tom objektu i sukladno tome mijenjamo njegovu unutarnju energiju.

Unutarnja energija može se promijeniti na dva glavna načina.Rad na tijelupovećavamo njegovu unutarnju energiju i obrnuto, ako tijelo radi, tada mu unutarnja energija opada. Drugi način promjene unutarnje energije jeproces prijenosa topline.Imajte na umu da se u drugoj varijanti ne radi na tijelu. Tako se, na primjer, zimi grije stolica, stojeći pored blizu vruće baterije. Prijenos topline uvijek se događa s tijela s više visoka temperatura na tijela s nižim temperaturama.

Tako se zimi zrak zagrijava iz baterija. Napravimo mali eksperiment koji možete napraviti kod kuće. Uzmi čašu Vruća voda i stavite ga u zdjelu ili posudu s hladnom. Nakon nekog vremena temperatura vode u obje posude postat će ista. To je proces prijenosa topline, odnosno promjena unutarnje energije bez obavljanja rada. Postoje tri vrste prijenosa topline:

Prema MKT, sve su tvari sastavljene od čestica koje su u kontinuiranom toplinskom gibanju i međusobno djeluju. Dakle, čak i ako je tijelo nepomično i ima nultu potencijalnu energiju, ono ima energiju (unutarnju energiju), a to je ukupna energija gibanja i međudjelovanja mikročestica koje čine tijelo. Sastav unutarnje energije uključuje:

1. kinetička energija translatornog, rotacijskog i vibracijskog gibanja molekula;
2. potencijalna energija međudjelovanja atoma i molekula;
3. intraatomska i intranuklearna energija.

U termodinamici se procesi razmatraju na temperaturama pri kojima se ne pobuđuje oscilatorno gibanje atoma u molekulama, tj. na temperaturama ne višim od 1000 K. U tim se procesima mijenjaju samo prve dvije komponente unutarnje energije. Stoga, pod unutarnja energija u termodinamici podrazumijevaju zbroj kinetičke energije svih molekula i atoma nekog tijela i potencijalnu energiju njihova međudjelovanja.

Unutarnja energija tijela određuje njegovo toplinsko stanje i mijenja se pri prijelazu iz jednog stanja u drugo. U određenom stanju tijelo ima dobro definiranu unutarnju energiju, neovisno o procesu uslijed kojeg je prešlo u to stanje. Stoga se unutarnja energija vrlo često naziva funkcija stanja tijela.

Unutarnja energija je veličina koja karakterizira termodinamičko stanje tijela. Svako tijelo sastoji se od čestica koje se neprestano kreću i međusobno djeluju. Unutarnja energija tijela zbroj je kinetičke energije gibanja čestica tvari i potencijalne energije njihova međudjelovanja.

H Stupanj slobode je broj nezavisnih varijabli koje određuju položaj tijela u prostoru i označava se ja .

Kao što se vidi, položaj materijalne točke (monatomske molekule) dan je s tri koordinate, Zato ima tri stupnja slobode : ja = 3

Unutarnja energija ovisi o temperaturi. Ako se temperatura mijenja, mijenja se i unutarnja energija.

Promjena unutarnje energije

Za rješenja praktična pitanja važnu ulogu ne igra sama unutarnja energija, već njezina promjena ΔU = U2 - U1. Promjena unutarnje energije izračunava se na temelju zakona održanja energije.
Unutarnja energija tijela može se promijeniti na dva načina:

1. Prilikom izrade mehanički rad.

a) Ako vanjska sila uzrokuje deformaciju tijela, tada se mijenjaju udaljenosti između čestica od kojih se ono sastoji, a samim time i potencijalna energija međudjelovanja čestica. Kod neelastičnih deformacija, osim toga, mijenja se i temperatura tijela, tj. mijenja se kinetička energija toplinskog gibanja čestica. Ali kada se tijelo deformira, vrši se rad, koji je mjera promjene unutarnje energije tijela.

b) Unutarnja energija tijela mijenja se i pri njegovom neelastičnom sudaru s drugim tijelom. Kao što smo ranije vidjeli, pri neelastičnom sudaru tijela njihova kinetička energija se smanjuje, pretvara se u unutarnju energiju (na primjer, ako nekoliko puta udarite čekićem po žici koja leži na nakovnju, žica će se zagrijati). Mjera promjene kinetičke energije tijela je, prema teoremu o kinetičkoj energiji, rad sila koje djeluju. Ovaj rad također može poslužiti kao mjera promjena unutarnje energije.

c) Promjena unutarnje energije tijela nastaje pod djelovanjem sile trenja, budući da je, kao što je poznato iz iskustva, trenje uvijek praćeno promjenom temperature tijela koja se trljaju. Rad sile trenja može poslužiti kao mjera promjene unutarnje energije.

2. Uz pomoć prijenos topline. Na primjer, ako se tijelo stavi u plamen plamenika, njegova temperatura će se promijeniti, a time će se promijeniti i njegova unutarnja energija. Međutim, tu se nije radilo, jer nije bilo vidljivog pomicanja ni samog tijela ni njegovih dijelova.

Promjena unutarnje energije sustava bez izvršenja rada naziva se izmjena topline(prijenos topline).

Postoje tri vrste prijenosa topline: kondukcija, konvekcija i zračenje.

A) toplinska vodljivost je proces izmjene topline između tijela (ili dijelova tijela) u njihovom neposrednom dodiru, uslijed toplinskog kaotičnog kretanja čestica tijela. Amplituda oscilacija molekula čvrstog tijela je to veća što je viša njegova temperatura. Toplinska vodljivost plinova posljedica je izmjene energije između molekula plina tijekom njihovih sudara. U slučaju tekućina oba mehanizma rade. Toplinska vodljivost tvari najveća je u čvrstom, a najmanja u plinovitom stanju.

b) Konvekcija je prijenos topline zagrijanim strujanjem tekućine ili plina s jednog dijela volumena koji zauzimaju na drugi.

c) Prijenos topline pri radijacija provodi se na daljinu pomoću elektromagnetskih valova.

Svako makroskopsko tijelo ima energije zbog svog mikrostanja. Ovaj energije nazvao unutarnje(označeno U). Jednaka je energiji gibanja i međudjelovanja mikročestica koje čine tijelo. Tako, unutarnja energija idealni plin sastoji se od kinetičke energije svih njegovih molekula, budući da se njihovo međudjelovanje u ovom slučaju može zanemariti. Stoga je unutarnja energija ovisi samo o temperaturi plina ( u~T).

Model idealnog plina pretpostavlja da su molekule međusobno udaljene nekoliko promjera. Stoga je energija njihove interakcije mnogo manja od energije gibanja i može se zanemariti.

U stvarnim plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima ne može se zanemariti međudjelovanje mikročestica (atoma, molekula, iona i dr.), jer bitno utječe na njihova svojstva. Stoga, njihova unutarnja energija sastoji se od kinetičke energije toplinskog gibanja mikročestica i potencijalne energije njihove interakcije. Njihova unutarnja energija, osim temperature T, ovisit će i o volumenu V, budući da promjena volumena utječe na udaljenost između atoma i molekula, a time i na potencijalnu energiju njihove međusobne interakcije.

Unutarnja energija je funkcija stanja tijela koje je određeno njegovom temperaturomTi svezak V.

Unutarnja energija jedinstveno određena temperaturomT i volumen tijela V karakteriziraju njegovo stanje:U=U(T, V)

Do promijeniti unutarnju energiju tijela, potrebno je zapravo promijeniti ili kinetičku energiju toplinskog gibanja mikročestica, ili potencijalnu energiju njihove interakcije (ili oboje). Kao što znate, to se može učiniti na dva načina - prijenosom topline ili kao rezultat rada. U prvom slučaju to se događa zbog prijenosa određene količine topline Q; u drugom - zbog obavljanja posla A.

Tako, količina topline i obavljeni rad su mjera promjene unutarnje energije tijela:

Δ U=P+A.

Promjena unutarnje energije nastaje zbog određene količine topline koju tijelo preda ili primi ili zbog obavljanja rada.

Ako se odvija samo prijenos topline, onda promjena unutarnja energija nastaje primanjem ili odavanjem određene količine topline: Δ U=Q. Kada se tijelo zagrijava ili hladi, jednako je:

Δ U=Q = cm(T 2 - T 1) =cmΔT.

Pri taljenju ili kristalizaciji čvrstih tvari unutarnja energija promjene zbog promjene potencijalne energije međudjelovanja mikročestica, jer dolazi do strukturnih promjena u strukturi tvari. U ovom slučaju promjena unutarnje energije jednaka je toplini taljenja (kristalizacije) tijela: Δ U-Q pl \u003dλ m, Gdje λ - specifična toplina taljenja (kristalizacije) čvrstog tijela.

Isparavanje tekućina ili kondenzacija pare također uzrokuje promjenu unutarnja energija, koja je jednaka toplini isparavanja: Δ U=Q p =rm, Gdje r- specifična toplina isparavanja (kondenzacije) tekućine.

Promijeniti unutarnja energija tijelo zbog obavljanja mehaničkog rada (bez prijenosa topline) brojčano je jednaka vrijednosti tog rada: Δ U=A.

Ako se promjena unutarnje energije dogodi kao posljedica prijenosa topline, tadaΔ U=Q=cm(T2 —T1),iliΔ U= Q mn = λ m,iliΔ U=Qn =rm.

Stoga, sa stajališta molekularne fizike: materijal sa stranice

Unutarnja energija tijela je zbroj kinetičke energije toplinskog gibanja atoma, molekula ili drugih čestica od kojih se sastoji i potencijalne energije međudjelovanja među njima; s termodinamičkog gledišta, ona je funkcija stanja tijela (sustava tijela) koje je jednoznačno određeno njegovim makroparametrima – temperaturomTi svezak V.

Tako, unutarnja energija je energija sustava, koja ovisi o njegovom unutarnjem stanju. Sastoji se od energije toplinskog gibanja svih mikročestica sustava (molekula, atoma, iona, elektrona itd.) i energije njihove interakcije. Praktički je nemoguće odrediti punu vrijednost unutarnje energije, stoga se izračunava promjena unutarnje energije Δ ti, koja nastaje zbog prijenosa topline i obavljanja rada.

Unutarnja energija tijela jednaka je zbroju kinetičke energije toplinskog gibanja i potencijalne energije međudjelovanja njegovih sastavnih mikročestica.

Na ovoj stranici materijal o temama:

• Što određuje unutarnju energiju krutog tijela

• Način promjene unutarnje energije tijela kratki sažetak

• O kojim makroparametrima ovisi unutarnja energija tijela

• Kratka poruka "o korištenju unutarnje energije tijela"