Inre energi

Inom termodynamiken är den inre energin i ett termodynamiskt system, eller en kropp med väldefinierade gränser, betecknad med U, eller ibland E, summan av den kinetiska energin på grund av molekylernas rörelse (translationell, roterande, vibrationell) och den potentiella energin i samband med den vibrationella och elektriska energin hos atomer i molekyler eller kristaller. Den omfattar energin i alla kemiska bindningar och energin hos de fria ledningselektronerna i metaller.

Den inre energin är en termodynamisk potential och för ett slutet termodynamiskt system med konstant entropi kommer den att minimeras.

Man kan också beräkna den inre energin hos elektromagnetisk strålning eller svartkroppsstrålning. Det är en systemets tillståndsfunktion, en omfattande storhet. SI-enheten för energi är joule, även om andra historiska, konventionella enheter fortfarande används, t.ex. (små och stora) kalorier för värme. (Kalorier som står på klassiska livsmedelsetiketter är egentligen kilokalorier).

Översikt

Den inre energin omfattar inte den translations- eller rotationsmässiga kinetiska energin hos en kropp som helhet. Den innefattar inte heller den relativistiska mass-energi-ekvivalenten E = mc2 . Den omfattar inte någon potentiell energi som en kropp kan ha på grund av att den befinner sig i ett yttre gravitations- eller elektrostatiskt fält, även om den potentiella energi som den har i ett fält på grund av ett inducerat elektriskt eller magnetiskt dipolmoment räknas, liksom energin från deformation av fasta material (spänning och töjning).

Principen om ekvipartition av energi i den klassiska statistiska mekaniken säger att varje molekylär frihetsgrad får 1/2 kT energi, ett resultat som ändrades när kvantmekaniken förklarade vissa anomalier, t.ex. i de observerade specifika värdena hos kristaller (när > kT). För monatomiskt helium och andra ädelgaser består den inre energin endast av de enskilda atomernas translationella rörelseenergi. Monatomära partiklar roterar eller vibrerar naturligtvis inte (på ett förnuftigt sätt) och är inte elektroniskt exciterade till högre energier utom vid mycket höga temperaturer.

Enligt den statistiska mekaniken är den inre energin lika med genomsnittet av systemets totala energi.

Frågor och svar

F: Vilken symbol används för att beteckna intern energi?


S: Den symbol som används för att beteckna intern energi är U, eller ibland E.

F: Vilken typ av energi ingår i den inre energin?


S: Den inre energin omfattar den kinetiska energin till följd av molekylers rörelse (translation, rotation, vibration) och den potentiella energin i samband med vibration och elektrisk energi hos atomer i molekyler eller kristaller. Den omfattar också energin i alla kemiska bindningar och fria ledningselektroner i metaller.

F: Är den inre energin en tillståndsfunktion?


S: Ja, intern energi är en termodynamisk potential och en tillståndsfunktion för ett system.

F: Vilken enhet används för att mäta den inre energin?


S: SI-enheten för att mäta intern energi är joule, även om andra historiska enheter som kalorier fortfarande används.

F: Hur påverkar entropin den inre energin?


S: För ett slutet termodynamiskt system som hålls vid konstant entropi kommer dess inre energier att minimeras.

F: Kan man beräkna de inre energierna för elektromagnetisk strålning eller svartkroppsstrålning?


Svar: Ja, det är möjligt att beräkna den inre energin för elektromagnetisk strålning eller svartkroppsstrålning.

F: Är livsmedelsetiketter korrekta när de anger kalorier?


Svar: Nej, livsmedelsetiketter är inte korrekta när de anger kalorier eftersom de i själva verket hänvisar till kilokalorier i stället.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3