Energia internă

INTRODUCERE

Principiul I al termondinamicii defineste energia interna. Acesta este un caz particular al legii conservării energiei, care nu poate fi creată sau distrusă în decursul proceselor, ci numai transformată dintr-o formă în alta. De asemena acesta consta in aplicarea legii conservarii energiei in procesele care au loc cu schimb de caldura. Acest principiu poate fi formulat în formă concisă: energia unui sistem izolat este constantă.

ENERGIA INTERNA.CARACTERISTICI GENERALE

Pentru un sistem, la trecerea dintr-o stare in alta, energia interna este suma tuturor energiilor proprii sistemului in stare ideala. Aceasta cuprinde componente cinetice si porentiale.

Componentele cinetice sunt legate de toate genurile posibile de miscare( de transaltie, rotatie, vibratia atomilor in molecula, miscarea electronilor in jurul nucleului).

Componentele potentiale sunt datorate diverselor tipuri de interactiuni (interactiunile dintre molecule, interactiunile dintre electroni si nucleu).

Avand in vedere multitudinea factorilor si diferenta de marime dintre acestia, cat si de imposibiltatea de a evalua toate energiile, energia interna nu poate fi calculata si nici determinata experimental in valoare absoluta.

In procesele termodinamice conteaza doar variatia energiei interne datorita numai modificarii unora dintre componentele acesteia. (ΔU).

Exemplul 1

In procesul de comprimare izoterma a unui gaz nu se modifica structura electronilor, structura moleculara, energia cinetica a moleculelor, se modifica doar fortele de interactiune.

Exempul 2

Intr-o reactie chimica la presiune si temmperatura constanta, pe langa fortele intermoleculare, se modifica si emergia de interactiune dintre atomi.

Energia interna este o marime extensiva de stare, depinde exclusiv de stare sistemului, dar este independentă de starile anterioare, adică de istoria sistemului. Pentru un sistem monofazic și monocomponent, U este univoc determinată de cantitatea de substanță, temperatură și volumul sistemului:

U = U(n, V, T) sau energia interna molara Um = Um(T, Vm)

Pentru un sistem monofazic și multicomponent, pe baza primei relații fundamentale de la mărimi molare parțiale, se poate scrie: U = ΣniUmi , unde energiile interne molare Umi depind și de fracțiile molare ale componenților, x1, x2, xk-1.

Fiind o marime de stare, functie de mai multe variabile, U = U(V, T, n1, n2, .nk), diferentiala energiei interne este o diferentiala totala exacta.

, exprima variatia energiei interne datorate variatiei de volum.

, exprima variatia cu temperatura si este legata de modificarile energiei interne a moleculelor.

, exprima dependenta energiei interne de compozitia sistemului.

In cazul gazului perfect la care fortele intermoleculare sunt absente, modificarea de volum nu modifica energia interna, adica:

, aceasta relatie reprezinta expresia matematica a legii lui Joule: Pentru un gaz perfect energia este functie numai de temperatura.

Intrucat enegia interna este o marime de stare, variatia acesteia intr-un proces oarecare depinde de starea intiala si finala a sistemului si nu de traseul pe care se face trecerea dintr-o stare in alta.(figura 1.a)