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Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Innere Energie

Innere Energie

In der Thermodynamik ist  innere  Energie die Gesamtenergie, die ein thermodynamisches System enthält. Es ist die Energie, die benötigt wird, um das System zu schaffen.

Nach dieser Definition ist ausgeschlossen:

  • Energie, um die Systemumgebung zu verdrängen
  • jegliche Energie im Zusammenhang mit externen Kraftfeldern (potentielle Energie, Gravitationsenergie usw.)
  • jede mit Bewegung verbundene Energie (zum Beispiel kinetische Energie).

Die innere Energie eines Systems kann durch Arbeiten oder Erhitzen (Bereitstellung von Wärmeenergie) verändert werden.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik postuliert, dass die Zunahme der inneren Energie gleich der gesamten hinzugefügten Wärme plus der von der Umwelt geleisteten Arbeit ist. Nach diesem Prinzip der Thermodynamik: Wenn das System isoliert ist, bleibt seine innere Energie konstant.

Interne Energie ist eine Zustandsfunktion des Systems, da ihr Wert nur vom aktuellen Zustand des Systems abhängt und nicht vom gewählten Weg, um es zu erreichen. Es ist ein umfangreiches Anwesen.

Maßeinheiten der inneren Energie

Die Maßeinheit nach dem Internationalen System ist Juli (J).

Manchmal wird spezifische innere Energie diskutiert. Es ist die innere Energie pro Masseneinheit; seine Einheit ist J / kg. Sie können auch die intensive innere molare Energieeigenschaft definieren, die die innere Energie in Bezug auf die Substanzmenge ausdrückt. seine Einheiten sind J / mol.

Was sind kinetische Energie und interne potentielle Energie?

Interne Energie ist die Summe zweier verschiedener Energiearten:

  • innere kinetische Energie.
  • die interne potentielle Energie.

Interne kinetische Energie

Die innere kinetische Energie ist die Summe der kinetischen Energien jedes Elements eines Systems in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt.

Die innere kinetische Energie wird durch die Bewegung der Partikel des Systems (Translationen, Rotationen und Vibrationen) verursacht.

Interne potentielle Energie

Interne potentielle Energie ist die potentielle Energie, die mit jeder der Wechselwirkungen dieser Elemente verbunden ist.

Die innere potentielle Energie ist mit den statischen Bestandteilen der Materie verbunden, der elektrostatischen Energie der Atome innerhalb der Moleküle oder Kristalle und schließt auch die statische Energie chemischer Bindungen ein.

Innere Energie des idealen Gases

In der Thermodynamik wird häufig das Konzept des idealen Gases verwendet. Es 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. Sie füllen ein Volumen so, dass ihr durchschnittlicher Freilauf zwischen Kollisionen viel größer ist als ihr Durchmesser. Solche Systeme werden durch einatomige Gase, Helium und die anderen Edelgase angenähert. Hier besteht die kinetische Energie nur aus der Translationsenergie der einzelnen Atome. Monoatomare Teilchen drehen oder vibrieren nicht und werden bei höheren Energien nur bei sehr hohen Temperaturen elektronisch angeregt.

Änderungen der inneren Energie in einem idealen Gas können daher 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 Mol) und seiner Temperatur T.

U = c · n · T.

wobei c die dimensionslose spezifische Wärme bei konstantem Volumen des Gases ist. Die innere Energie kann als Funktion der drei umfangreichen Eigenschaften S, V, n (Entropie, Volumen, Masse) wie folgt geschrieben werden.

Innere Energie als Funktion von Entropie, Volumen und Masse

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

Wie wird die innere Energie gemessen?

Eine direkte Messung ist nicht möglich.

Variation der inneren Energie

Durch Nachteile kann seine Variation 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 Arbeitsaufwands des Systems oder der am System geleisteten Arbeit ermittelt werden.

Die Variation der inneren Energie wird durch ΔU ausgedrückt.

  • Ein Absorptionsenergiesystem tritt auf, wenn die häusliche Energie zunimmt. Die interne Energie kann durch Arbeiten am System erhöht werden.
  • Die innere Energie nimmt ab, wenn das System Energie abgibt oder arbeitet.

Änderungen der Wärmeenergie eines thermodynamischen Systems

Das System hat eigentlich keine Wärmeenergie. Es wird in Form von Wärmeenergie auf das Medium übertragen. In Fällen, in denen eine Änderung der inneren Energie des Systems aufgrund der Übertragung von Wärmeenergie auftritt, ändert sich ein sehr kleiner Teil.

Wenn ein thermodynamisches System zusätzlich zur Variation der internen Energie Wärmeenergie auf ein anderes System überträgt, können die beiden Systeme Änderungen in anderen ihrer Zustandsvariablen erfahren:

  • Der Druck.
  • Die Lautstärke.
  • Die Temperatur.
  • Die Enthalpie.
  • Entropie.
  • ...
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Erscheinungsdatum: 4. April 2017
Geändert am: 3. Mai 2020