Quando pensi alla parola “energia”, probabilmente pensi a qualcosa come l'energia cinetica di un oggetto in movimento, o forse l'energia potenziale che qualcosa potrebbe possedere a causa di gravità.

Tuttavia, su scala microscopica, l'energia interna che un oggetto possiede è più importante di queste forme macroscopiche di energia. Questa energia deriva in definitiva dal movimento delle molecole ed è generalmente più facile da capire e calcolare se si considera un sistema chiuso semplificato, come un gas ideale.
Qual è l'energia interna di un sistema?

L'energia interna è l'energia totale di un sistema chiuso di molecole o la somma dell'energia cinetica molecolare e dell'energia potenziale in una sostanza. Le energie cinetiche e potenziali macroscopiche non contano per l'energia interna: se sposti l'intero sistema chiuso o cambi la sua energia potenziale gravitazionale, l'energia interna rimane la stessa.

Come ti aspetteresti per un sistema microscopico, calcolare l'energia cinetica della moltitudine di molecole e le loro energie potenziali sarebbe un compito impegnativo - se non praticamente impossibile -. Quindi, in pratica, i calcoli per l'energia interna coinvolgono medie piuttosto che il processo scrupoloso di calcolarlo direttamente.

Una semplificazione particolarmente utile è trattare un gas come un "gas ideale", che si presume non abbia forze intermolecolari e quindi essenzialmente nessuna energia potenziale. Questo rende il processo di calcolo dell'energia interna del sistema molto più semplice e non è lontano dall'accuratezza per molti gas.

L'energia interna è talvolta chiamata energia termica, perché la temperatura è essenzialmente una misura della temperatura interna energia di un sistema - è definita come l'energia cinetica media delle molecole nel sistema.
Equazione di energia interna

L'equazione di energia interna è una funzione di stato, il che significa che il suo valore in un determinato momento dipende da lo stato del sistema, non come è arrivato lì. Per l'energia interna, l'equazione dipende dal numero di moli (o molecole) nel sistema chiuso e dalla sua temperatura in Kelvin.

L'energia interna di un gas ideale ha una delle equazioni più semplici:
U \u003d \\ frac {3} {2} nRT

Dove n
è il numero di moli, R
è la costante di gas universale e T
è la temperatura del sistema. La costante del gas ha il valore R
\u003d 8.3145 J mol ^{- 1 K - 1 o circa 8,3 joule per mole per Kelvin. Questo dà un valore per U
in joule, come ci si aspetterebbe per un valore di energia, e ha senso in quanto temperature più elevate e più moli della sostanza portano a un'energia interna più alta. Prima legge della termodinamica}

La prima legge della termodinamica è una delle equazioni più utili quando si tratta di energia interna, e afferma che il cambiamento di energia interna di un sistema è uguale al calore aggiunto al sistema meno il lavoro fatto dal sistema (o, più il lavoro svolto sul sistema). Nei simboli, questo è:
∆U \u003d Q-W

Questa equazione è davvero semplice da lavorare a patto che tu conosca (o possa calcolare) il trasferimento di calore e il lavoro svolto. Tuttavia, molte situazioni semplificano ulteriormente le cose. In un processo isotermico, la temperatura è costante e poiché l'energia interna è una funzione di stato, sai che il cambiamento nell'energia interna è zero. In un processo adiabatico, non vi è alcun trasferimento di calore tra il sistema e l'ambiente circostante, quindi il valore di Q
è 0 e l'equazione diventa:
∆U \u003d -W

Un processo isobarico è uno che si verifica a una pressione costante e ciò significa che il lavoro svolto è uguale alla pressione moltiplicata per la variazione di volume: W
\u003d P
∆ V
. I processi isocorici si verificano con un volume costante e in questi casi W
\u003d 0. Questo lascia il cambiamento di energia interna uguale al calore aggiunto al sistema:
∆U \u003d Q

Pari se non riesci a semplificare il problema in uno di questi modi, per molti processi, non c'è lavoro fatto o può essere facilmente calcolato, quindi trovare la quantità di calore acquisita o persa è la cosa principale che devi fare.