Внутренняя энергия
В термодинамике внутренняя энергия термодинамической системы или тела с четко определенными границами, обозначаемая U, а иногда и E, представляет собой совокупность кинетической энергии, обусловленной движением молекул (трансляционной, вращательной, колебательной), и потенциальной энергии, связанной с колебательной и электрической энергией атомов внутри молекул или кристаллов. Она включает в себя энергию всех химических связей и энергию свободных электронов проводимости в металлах.
Внутренняя энергия является термодинамическим потенциалом, и для закрытой термодинамической системы, удерживаемой при постоянной энтропии, она будет сведена к минимуму.
Можно также рассчитать внутреннюю энергию электромагнитного или черного излучения. Это функция состояния системы, большое количество. Единица энергии SI - это джоуль, хотя другие исторические, обычные единицы все еще используются, такие как (маленькая и большая) калория для тепла. (Калории, которые на классических этикетках продуктов питания на самом деле являются килокалориями).
Обзор
Внутренняя энергия не включает в себя трансляционную или вращательную кинетическую энергию тела в целом. Она также не включает релятивистский масс-эквивалент энергии E = мк2. Она исключает любую потенциальную энергию, которую тело может иметь из-за своего расположения во внешнем гравитационном или электростатическом поле, хотя потенциальная энергия, которую оно имеет в поле из-за индуцированного электрического или магнитного дипольного момента, имеет значение, как и энергия деформации твердых тел (напряженно-деформированное состояние).
Принцип равновесия энергии в классической статистической механике гласит, что каждая молекулярная степень свободы получает 1/2 кТ энергии, результат, который был модифицирован, когда квантовая механика объясняла определенные аномалии; например, в наблюдаемых удельных теплотах кристаллов (при hν > kT). Для монотома гелия и других благородных газов внутренняя энергия состоит только из трансляционной кинетической энергии отдельных атомов. Монатомические частицы, конечно, не вращаются (чувствительно) и не вибрируют, и не возбуждаются электронным способом при более высоких энергиях, кроме как при очень высоких температурах.
С точки зрения статистической механики внутренняя энергия равна ансамблевому среднему значению суммарной энергии системы.
Вопросы и ответы
В: Какой символ используется для обозначения внутренней энергии?
О: Для обозначения внутренней энергии используется символ U, или иногда E.
В: Какой тип энергии включает в себя внутренняя энергия?
О: Внутренняя энергия включает кинетическую энергию, обусловленную движением молекул (поступательным, вращательным, колебательным), и потенциальную энергию, связанную с колебательной и электрической энергией атомов внутри молекул или кристаллов. Она также включает энергию всех химических связей и свободных электронов проводимости в металлах.
В: Является ли внутренняя энергия функцией состояния?
О: Да, внутренняя энергия - это термодинамический потенциал и функция состояния системы.
В: Какая единица используется для измерения внутренней энергии?
О: Единицей СИ для измерения внутренней энергии является джоуль, хотя другие исторические единицы, такие как калория, все еще используются.
В: Как энтропия влияет на внутреннюю энергию?
О: Для замкнутой термодинамической системы с постоянной энтропией ее внутренняя энергия будет минимальной.
В: Можете ли Вы рассчитать внутреннюю энергию электромагнитного излучения или излучения черного тела?
О: Да, можно рассчитать внутреннюю энергию электромагнитного излучения или излучения черного тела.
В: Являются ли этикетки на продуктах питания точными, когда на них указаны калории?
О: Нет, этикетки на продуктах питания не точны, когда они указывают калории, потому что на самом деле вместо них указываются килокалории.
