Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Innere Energie

Innere Energie

In der Thermodynamik ist die innere Energie die in einem thermodynamischen System enthaltene Gesamtenergie.

Die innere Energie ist die Energie, die benötigt wird, um das System zu erschaffen. Gemäß dieser Definition ist die Energie zur Verlagerung der Umgebung des Systems, jegliche Energie, die mit externen Kraftfeldern (potentielle Energie, Gravitationsenergie, etc.) verbunden ist, oder jegliche Energie, die mit der Bewegung assoziiert ist (zum Beispiel kinetische Energie) von der inneren Energie ausgeschlossen. .

Die innere Energie eines Systems kann verändert werden, indem man daran arbeitet oder es erhitzt (thermische Energie liefert). Wenn wir uns den ersten Hauptsatz der Thermodynamik ansehen, sehen wir, dass dies besagt, dass der Anstieg der inneren Energie gleich der gesamten addierten Wärme plus der Arbeit der Umwelt ist. Wenn das System isoliert ist, bleibt seine innere Energie konstant.

Die innere Energie ist eine Funktion des Systemstatus, da sein Wert nur auf dem aktuellen Zustand des Systems abhängt, und nicht der Weg, es zu erreichen, ausgewählt. Es ist eine umfangreiche Eigenschaft.

Ein Beispiel, um zu verstehen, was innere Energie in Atomwaffen ist. Die Energie, die von Atomwaffen freigesetzt wird, ist ein sehr kleiner Teil Ihrer inneren Energie. Sie stoßen jedoch enorme Energie aus und haben große Zerstörungen.

Interne kinetische Energie und interne potentielle Energie

Die innere Energie ist die Summe zweier verschiedener Arten von Energie: die innere kinetische Energie und die innere potentielle Energie.

Die innere kinetische Energie ist die Summe der kinetischen Energien jedes Elements eines Systems in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt. Die interne kinetische Energie wird durch die Bewegung der Teilchen des Systems (Translationen, Rotationen und Vibrationen) verursacht.

Die potentielle innere Energie ist die potentielle Energie, die mit jeder der Wechselwirkungen dieser Elemente verbunden ist. Die innere potentielle Energie ist verbunden mit den statischen Bestandteilen der Materie, der elektrostatischen Energie der Atome in den Molekülen oder Kristallen und der statischen Energie der chemischen Bindungen.

Innere Energie des idealen Gases

Die Thermodynamik verwendet oft das ideale Gaskonzept. Dieses Konzept ist eine Annäherung an die realen Systeme für didaktische Zwecke.

Das ideale Gas ist ein Gas von Teilchen, die als Punktobjekte betrachtet werden, die nur durch elastische Kollisionen wechselwirken und ein Volumen so füllen, dass sein mittlerer freier Weg zwischen Kollisionen viel größer ist als sein Durchmesser. Solche Systeme werden durch einatomige Gase, Helium und andere Edelgase angenähert. Hier besteht die kinetische Energie nur in der Translationsenergie der einzelnen Atome. Die einatomigen Teilchen rotieren oder schwingen nicht und werden bei höheren Energien nicht elektronisch angeregt, außer bei sehr hohen Temperaturen.

Daher können Änderungen der inneren Energie in einem idealen Gas nur durch Änderungen seiner kinetischen Energie beschrieben werden. Kinetische Energie ist einfach die innere Energie des perfekten Gases und hängt vollständig von dessen Druck, Volumen und thermodynamischer Temperatur ab.

Die innere Energie eines idealen Gases ist proportional zu seiner Masse (Anzahl der Mole) n und seiner Temperatur T

U = c · n · T

wobei c die Wärmekapazität (bei konstantem Volumen) des Gases ist. Die innere Energie kann in Form der drei extensiven Eigenschaften S, V, n (Entropie, Volumen, Masse) wie folgt geschrieben werden:

Innere Energie in Bezug auf Entropie, Volumen und Masse

wobei const eine beliebige positive Konstante ist und R die universelle Gaskonstante ist.

Veränderung der inneren Energie

Direkte Messung der internen Energie ist nicht möglich, aber die Änderung der internen Energie kann gemessen werden. Diese Änderung kann durch Messen von Wärmeenergie, Lichtenergie oder ähnlichen Energien, die von den Grenzen der inneren Energie an die Umgebung übertragen werden, oder durch Berechnen des Arbeitsaufwandes des Systems oder der Arbeit, die in dem System ausgeführt wird, gefunden werden. Die Änderung der inneren Energie wird durch ΔU ausgedrückt.

  • Das System der Absorptionsenergie tritt auf, wenn die häusliche Energie zunimmt. Die innere Energie kann durch Arbeiten im System erhöht werden.
  • Die innere Energie nimmt ab, wenn das System Energie ausstrahlt oder arbeitet.

Änderungen der thermischen Energie eines thermodynamischen Systems

Das System hat nicht wirklich Wärmeenergie; Die innere Energie wird in Form von thermischer Energie auf das Medium übertragen. In Fällen, in denen eine Änderung der internen Energie des Systems aufgrund der Übertragung von thermischer Energie auftritt, ändert sich ein sehr kleiner Teil der internen Energie.

Wenn ein thermodynamisches System überträgt thermische Energie auf ein anderes System, außer Verändern der inneren Energie, die beiden Systeme können Störungen von anderen seiner Zustandsvariablen (Druck, Volumen, Temperatur, Enthalpie, Entropie ...) erfahren

Maßeinheiten der inneren Energie

Die Maßeinheit der inneren Energie, gemäß dem Internationalen System, ist Juli (J).

Manchmal sprechen wir über die spezifische innere Energie. Die spezifische innere Energie ist die innere Energie pro Masseneinheit; Ihre Einheit ist J / kg. Sie können auch die intensive Eigenschaft molare innere Energie definieren, die die innere Energie in Bezug auf die Menge der Substanz ausdrückt; seine Einheiten sind J / mol.

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Geändert am: 4. April 2017