Nội năng

NộI Dung

• Biến đổi năng lượng bên trong
• Ví dụ về nội năng
• Các dạng năng lượng khác

Các nội năng, theo Nguyên lý thứ nhất của Nhiệt động lực học, nó được hiểu là liên kết với chuyển động ngẫu nhiên của các hạt trong một hệ thống. Nó khác với năng lượng có trật tự của các hệ vĩ mô, gắn liền với các vật thể chuyển động, ở chỗ nó đề cập đến năng lượng chứa bởi các vật thể ở quy mô hiển vi và quy mô phân tử.

Vì thế, một vật thể có thể hoàn toàn ở trạng thái nghỉ ngơi và thiếu năng lượng biểu kiến ​​(không phải thế năng cũng không phải động năng), và vẫn bị ảnh hưởng bởi các phân tử chuyển động, di chuyển với tốc độ cao mỗi giây. Trên thực tế, các phân tử này sẽ hút và đẩy nhau tùy thuộc vào điều kiện hóa học và các yếu tố vi mô của chúng, mặc dù không có chuyển động quan sát bằng mắt thường.

Nội năng được coi là một đại lượng mở rộng, nghĩa là liên quan đến lượng vật chất trong một hệ hạt nhất định. Tốt bao gồm tất cả các dạng năng lượng khác điện, động năng, hóa học và thế năng chứa trong nguyên tử của một chất nhất định.

Loại năng lượng này thường được biểu thị bằng dấu HOẶC LÀ.

Biến đổi năng lượng bên trong

Các nội năng của các hệ thống hạt có thể khác nhau, bất kể vị trí không gian hoặc hình dạng thu được của chúng (trong trường hợp chất lỏng và khí). Ví dụ, khi đưa nhiệt vào một hệ hạt kín, năng lượng nhiệt được thêm vào sẽ ảnh hưởng đến nội năng của toàn bộ.

Nhưng tuy nhiên, năng lượng bên trong là mộtchức năng trạng thái, nghĩa là, nó không quan tâm đến sự biến đổi nối hai trạng thái của vật chất, mà là trạng thái ban đầu và cuối cùng của nó. Đó là lý do tại sao phép tính độ biến thiên của nội năng trong một chu kỳ nhất định sẽ luôn bằng khôngvì trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng là một và giống nhau.

Các công thức để tính toán sự thay đổi này là:

ΔU = U_B - HOẶC LÀ_ĐẾN, hệ thống đã chuyển từ trạng thái A sang trạng thái B.

ΔU = -W, trong trường hợp thực hiện một công cơ học W làm cho hệ nở ra và nội năng của hệ giảm.

ΔU = Q, trong trường hợp chúng ta thêm nhiệt năng làm tăng nội năng.

ΔU = 0, trong các trường hợp nội năng biến thiên tuần hoàn.

Tất cả những trường hợp này và những trường hợp khác có thể được tóm tắt trong một phương trình mô tả Nguyên tắc Bảo toàn Năng lượng trong hệ thống:

ΔU = Q + W

Ví dụ về nội năng

1. Pin. Trong phần thân của pin đã tích điện, năng lượng bên trong có thể sử dụng được chứa, nhờ vào phản ứng hoá học giữa axit và kim loại nặng bên trong. Năng lượng bên trong cho biết sẽ lớn hơn khi tải điện hoàn toàn và ít hơn khi nó đã được tiêu thụ, mặc dù trong trường hợp pin sạc lại được, năng lượng này có thể được tăng trở lại bằng cách đưa điện từ ổ cắm.
2. Khí nén. Xem xét rằng các chất khí có xu hướng chiếm tổng thể tích của vật chứa mà chúng được chứa trong đó, vì năng lượng bên trong của chúng sẽ thay đổi khi lượng không gian này lớn hơn và sẽ tăng khi nó nhỏ hơn. Do đó, một chất khí phân tán trong một căn phòng có nội năng ít hơn nếu chúng ta nén nó trong một hình trụ, vì các hạt của nó sẽ buộc phải tương tác chặt chẽ hơn.
3. Tăng nhiệt độ của vật chất. Ví dụ, nếu chúng ta tăng nhiệt độ của một gam nước và một gam đồng, cả hai đều ở nhiệt độ cơ bản là 0 ° C, chúng ta sẽ nhận thấy rằng mặc dù cùng một lượng vật chất, nhưng nước đá sẽ đòi hỏi tổng năng lượng lớn hơn. để đạt được nhiệt độ mong muốn. Điều này là do nhiệt riêng của nó cao hơn, tức là các hạt của nó ít hấp thụ năng lượng đưa vào hơn so với đồng, thêm nhiệt vào nội năng của nó chậm hơn nhiều.
4. Lắc chất lỏng. Khi chúng tôi hòa tan đường hoặc muối trong nước, hoặc chúng tôi xúc tiến các hỗn hợp tương tự, chúng tôi thường lắc chất lỏng bằng một dụng cụ để thúc đẩy sự hòa tan lớn hơn. Điều này là do sự gia tăng năng lượng bên trong của hệ thống được tạo ra khi đưa vào lượng công (W) do hành động của chúng ta cung cấp, cho phép phản ứng hóa học lớn hơn giữa các phần tử liên quan.
5. hơi nướcnước. Khi nước đã được đun sôi, chúng ta sẽ nhận thấy rằng hơi nước có nội năng cao hơn nước lỏng trong bình chứa. Điều này là do, mặc dù giống nhau phân tử (hợp chất không thay đổi), để tạo ra sự chuyển hóa vật chất, chúng tôi đã thêm một lượng calo (Q) nhất định vào nước, làm cho các hạt của nó chuyển động mạnh hơn.

Các dạng năng lượng khác