In der Thermodynamik wird die innere Energie des Systems als die Gesamtenergie bezeichnet, die ein thermodynamisches System enthält.
Diese Energie kann durch Ausüben von Arbeit oder durch Energieübertragung (Wärmeeintrag) verändert werden.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik postuliert, dass die Zunahme der inneren Energie gleich der insgesamt zugeführten Wärme plus der von der Umwelt geleisteten Arbeit ist. Anwendung des ersten Prinzips der Thermodynamik: Wenn das System isoliert ist, bleibt es konstant.
Interne Energie ist eine Funktion des Zustands des Systems. Das heißt, sein Wert hängt nur vom aktuellen Status des Systems ab und nicht vom gewählten Pfad, um dorthin zu gelangen. Es ist ein umfangreiches Anwesen.
Die Maßeinheit nach dem Internationalen System ist das Joule (J).
Manchmal sprechen wir über spezifische innere Energie. Es ist die innere Energie pro Masseneinheit; seine Einheit ist J / kg. Es kann auch die molare innere energieintensive Eigenschaft definiert werden, die die innere Energie in Bezug auf die Substanzmenge ausdrückt; seine Einheiten sind J / mol.
Erklärung im mikroskopischen Maßstab
Im mikroskopischen Maßstab umfasst diese Energieform interne kinetische und potentielle Energie:
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Die innere kinetische Energie, die die Summe der kinetischen Energien jedes Elements eines Systems in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt ist. (Übersetzungen, Rotationen und Schwingungen von Atomen und Elektronen).
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Die interne potentielle Energie. Das heißt, die potentielle Energie, die mit jeder der Wechselwirkungen dieser Elemente verbunden ist. Es ist mit den statischen Bestandteilen der Materie verbunden.
Wie hängt es mit idealen Gasen zusammen?
In der Thermodynamik wird häufig das Konzept des idealen Gases verwendet. Dieses Konzept ist eine Annäherung an die realen Systeme, die für Bildungszwecke verwendet werden.
Das ideale Gas ist ein Gas aus Partikeln, die als Punktobjekte betrachtet werden, die nur durch elastische Kollisionen interagieren. Hier besteht die kinetische Energie nur aus der Translationsenergie der einzelnen Atome.
Daher können interne Energieänderungen in einem idealen Gas nur durch Änderungen seiner kinetischen Energie beschrieben werden. In diesem Fall hängt die Energie nur von Druck, Volumen und thermodynamischer Temperatur ab. Der Wert ist proportional zu seiner Masse (Molzahl), seiner Temperatur und der spezifischen Wärme bei konstantem Volumen des Gases.
Wie wird die innere Energie gemessen?
Eine direkte Messung ist nicht möglich. Seine Variation wird gemessen und durch ΔU ausgedrückt.
Diese Variation kann durch Messen der Wärmeenergie, der Energie des Lichts oder ähnlicher übertragener Energien gefunden werden. Sie können auch den Arbeitsaufwand des Systems oder die im System geleistete Arbeit berechnen.
Wenn ein thermodynamisches System Energie in Form von Wärme an ein anderes System überträgt, variiert die innere Energie der beiden Systeme. Darüber hinaus können andere Zustandsvariablen geändert werden.
Wenn sich die atomare oder molekulare Struktur ändert, ändert sich auch die innere chemische Energie. Zum Beispiel bei chemischen Reaktionen oder Zustandsänderungen.