Внутрішня енергія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Вн́утрішня ене́ргія тіла (позначається як E або U) — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії.

Внутрішня енергія є однозначною функцією рівноважного стану системи. Це означає, що кожний раз, коли система опиняється в даному рівноважному стані, її внутрішня енергія приймає властиве цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнювати різниці значень в цих станах, незалежно від шляху, по якому здійснювався перехід. Внутрішню енергію тіла не можна виміряти напряму. Можна визначити тільки зміну внутрішньої енергії:

\Delta U =  Q +  A^\prime \, ,

де \ Q  — кількість теплоти, передана термодинамічній системі,   A^\prime  — робота, виконана над термодинамічною системою[1] або:

\Delta U =  Q -  A \, ,

де   A =-  A^\prime , робота виконана термодинамічною системою.

Внутрішня енергія, як термодинамічний потенціал[ред.ред. код]

Оскільки внутрішня енергія є функцією стану, то її можна визначити як термодинамічний потенціал, залежний від об'єму, числа частинок у системі, та ентропії: U(V,S,N).

Для квазістатичних процесів виконується співвідношення:

dU = TdS - PdV + \mu dN \,

де T — температура, S — ентропія, P — тиск, μ — хімічний потенціал, N — кількість частинок в системі.

Приклади[ред.ред. код]

Класичний ідеальний газ[ред.ред. код]

В рамках молекулярно-кінетичної теорії внутрішня енергія одноатомного ідеального газу визначається формулою

 U = \frac{3}{2} k_B NT ,

де  k_B  — стала Больцмана. Вона є середньою кінетичною енергією атома, помноженою на кількість атомів[2].

Для одного моля газу

 U = \frac{3}{2} R T ,

де R — газова стала.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Позначення  \delta заведено використовувати тому, що існує багато різних процесів, якими можна перевести термодинамічну систему з початкового стану в кінцевий
  2. Для того, щоб використовувати цей вираз як термодинамічний потенціал потрібно виразити температуру через ентропію та об'єм.