Внутренняя и внешняя энергии

Внутренняя и внешняя энергии

Внутренняя и внешняя энергии

Внутренняя и внешняя энергии

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Решение задач по математике

Представим энергию W термодинамической системы, находящейся во внешней среде, как сумму внутренней U и внешней Е энергий: W=U + E. (1.57) Внутренняя энергия — это сумма энергозатрат на образование системы из исходных элементов. Энергиям, находя-щимся в начальных состояниях исходных элементов, могут быть присвоены любые (даже нулевые) значения.

В качестве таких элементов могут выступать атомы, молекулы или простые вещества, находящиеся в определенном состоянии. Внешняя энергия — это сумма энергозатрат на то, чтобы разместить систему в конкретных условиях окружающей среды. Если термодинамическая система массы т движется со скоростью w как единое целое, то ее кинетическая энергия = mw2 кии 2

Потенциальная же энергия системы определяется гравитационным полем (высотой 2ВЫС центра масс системы над уровнем моря, принимаемым за нуль отсчета), и ускорением силы тяжести g: ЕП0Т = mgzBblc. Внутренняя энергия U — это энергия, заключенная в термодинамической системе и зависящая только от ее собственного состояния. Она равна сумме всех видов энергии движения и взаимодействия частиц, составляющих систему: внутренней кинетической энергии теплового движения молекул, внутренней потенциальной энергии взаимодействия молекул и нулевой энергии (внутренняя энергия при температуре абсолютного нуля): V = U^ + Unm+U0. (1.58)

Полная внутренняя энергия термодинамической системы слагается не только из энергии образующих ее молекул, но включает также и внутримолекулярную и внутриатомную энергии, которые обусловлены взаимодействием атомов и электронов друг с другом и с ядрами атомов.

При температуре абсолютного нуля все эти составляющие, в отличие от тепловой энергии, не равны нулю, а следовательно, и внутренняя энергия никогда не может быть равна нулю. В термодинамике рассматривается не абсолютное значение внутренней энергии, а только ее относительное изменение, происходящее в различных процессах, а поэтому U0 может считаться нулевым уровнем энергии U0 = 0, от которого удобно отсчитывать все изменения энергии при анализе различных процессов ее превращения.

Внутренняя потенциальная энергия взаимодействия молекул С7П0Т зависит от расстояния между молекулами и от их взаимного расположения. Она определяется суммированием потенциалов взаимодействия (см. разд. 1.8) всех возможных пар молекул. Кинетическая энергия теплового движения молекул определяется в виде суммы таких составляющих, как поступательнаявращательная и колебательная энергии: ^кин - UnocT + UBS> + икал. (1.59)

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Окрестности в метрическом пространстве. Свойство отделимости. Шар конечного радиуса
Взаимное положение двух прямых
Модули силы, равнодействующие силы, сумма внутренних углов параллелограмма
Неподвижная точка отображения

Интенсивность каждого вида движения молекул зависит от температуры газа. При повышении температуры, т. е. при нагревании системы, и скорость, и кинетическая энергия молекул возрастают. Внутренняя энергия U зависит и от объема, занимаемого ТРТ, поскольку от него зависят расстояния между молекулами: U = /(V, Т). В идеальном газе силы дальнодействия между молекулами отсутствуют (потенциальная энергия равна нулю), а объем, который они занимают, тоже равен нулю (см. разд. 1.9), следовательно, внутренняя энергия идеального газа состоит только лишь из кинетической энергии движения молекул, т. е. определяется одной только температурой U = f(T).

Вид этой функции позволяет установить

молекулярно-кинетическая теория идеального газа: ипкт=-2кпТ, (1.60) где п — число частиц. Представим теперь внутреннюю энергию всеми ее составляющими: т. е. постоянной величиной, связанной с выбором нуля отсчета внутренних энергий, кинетической энергии движения системы, потенциальной энергией взаимодействия между частицами, ядерной, химических связей между атомами, тепловой, энергией поверхностного натяжения, энергией макроскопического движения внутри системы, упругих деформаций и полевой.

По поводу составляющих внутренней энергии можно отметить следующее: • внутренняя энергия в термодинамике определяется с точностью до постоянной U0, которая выбирается исходя из удобства вычислений и часто просто равна нулю; • в списке слагаемых внутренней энергии те компоненты, которые в исследуемом процессе не изменяются, могут не учитываться.

Например, при отсутствии ядерных превращений или химических реакций соответствующие компоненты просто отбрасываются; • тепловую энергию ТРТ можно представить как сумму кинетической энергии поступательного движения молекул относительно центра масс ТРТ, кинетической энергии вращательного движения молекул относительно собственных центров масс, энергии колебательного движения атомов в молекуле, энергии возбуждения электронов в атомах и молекулах; •

энергия поверхностного натяжения имеется у всех конденсированных (жидких и твердых) тел. Если тело не слишком мало, то этой энергией можно пренебречь, но для частиц эмульсии или тумана энергия поверхностного натяжения существенна; • примерами макроскопических движений являются вращение маховика, течение потоков жидкости и газа, причем эти движения происходят внутри системы в связанной с ней системой координат;

• примерами упругих деформаций являются сжатие—растяжение пружины, изгиб и растяжение мембран внутри системы или за счет приложения внешних сил, прикладываемых на границе системы; • полевая энергия складывается из энергий магнитного, электростатического, электромагнитного и гравитационного полей, генерируемых внутри самой системы либо проникающих туда извне; • для идеального газа слагаемыми внутренней энергии остаются только лишь энергии поступательного и вращательного движений.