هر جسم ماکروسکوپی دارد انرژی، توسط ریز حالت آن تعیین می شود. این انرژیتماس گرفت درونی؛ داخلی(نشان داده شد U). برابر با انرژی حرکت و تعامل ریزذرات تشکیل دهنده بدن است. بنابراین، انرژی درونی گاز ایده آلمتشکل از انرژی جنبشی تمام مولکول های آن است، زیرا تعامل آنها در این مورد می تواند نادیده گرفته شود. بنابراین آن را انرژی درونیفقط به دمای گاز بستگی دارد ( U~تی).

مدل گاز ایده آل فرض می کند که مولکول ها در فاصله چند قطری از یکدیگر قرار دارند. بنابراین، انرژی برهمکنش آنها بسیار کمتر از انرژی حرکت است و می توان آن را نادیده گرفت.

در گازها، مایعات و جامدات واقعی، تعامل ریزذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها و غیره) را نمی توان نادیده گرفت، زیرا به طور قابل توجهی بر خواص آنها تأثیر می گذارد. بنابراین آنها انرژی درونیمتشکل از انرژی جنبشی حرکت حرارتی ریزذرات و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها است. انرژی درونی آنها به جز دما تی،به حجم نیز بستگی دارد V،زیرا تغییر حجم بر فاصله بین اتم ها و مولکول ها و در نتیجه بر انرژی پتانسیل برهمکنش آنها با یکدیگر تأثیر می گذارد.

انرژی درونی تابعی از وضعیت بدن است که با دمای آن تعیین می شودتیو جلد پنجم.

انرژی درونی به طور منحصر به فرد توسط دما تعیین می شودT و حجم بدن V، مشخص کننده وضعیت آن:U =U(تلویزیون)

به تغییر انرژی درونیدر واقع باید انرژی جنبشی حرکت حرارتی ریزذرات یا انرژی پتانسیل برهمکنش آنها (یا هر دو با هم) را تغییر دهید. همانطور که می دانید، این می تواند به دو روش انجام شود - با تبادل حرارت یا با انجام کار. در حالت اول، این به دلیل انتقال مقدار معینی از گرما رخ می دهد س;در دوم - به دلیل عملکرد کار آ.

بدین ترتیب، مقدار حرارت و کار انجام شده است اندازه گیری تغییر در انرژی درونی بدن:

Δ U =Q+آ.

تغییر انرژی درونی به دلیل مقدار معینی از گرمای داده شده یا دریافتی توسط بدن یا به دلیل انجام کار اتفاق می افتد.

اگر فقط تبادل گرما اتفاق بیفتد، تغییر می کند انرژی درونیبا دریافت یا انتشار مقدار معینی گرما رخ می دهد: Δ U =سهنگام گرم کردن یا خنک کردن یک بدن برابر است با:

Δ U =س = سانتی متر(T 2 - T 1) =سانتی مترΔT.

در هنگام ذوب یا تبلور جامدات انرژی درونیتغییرات ناشی از تغییر در انرژی پتانسیل برهمکنش ریز ذرات، زیرا تغییرات ساختاری در ساختار ماده رخ می دهد. در این حالت، تغییر انرژی درونی برابر با گرمای ذوب (بلور شدن) بدن است: Δ U-Qpl =λ مترجایی که λ - گرمای ویژه ذوب (کریستالیزاسیون) یک جامد.

تبخیر مایعات یا تراکم بخار نیز باعث تغییراتی می شود انرژی درونی، که برابر با گرمای تبخیر است: Δ U =Q p =rm،جایی که r- گرمای ویژه تبخیر (تراکم) مایع.

تغییر دادن انرژی درونیبدنه به دلیل انجام کار مکانیکی (بدون تبادل حرارت) از نظر عددی برابر با مقدار این کار است: Δ U =آ.

اگر تغییر در انرژی داخلی به دلیل تبادل حرارت رخ دهد، پسΔ U =Q =سانتی متر(T 2 -T 1)یاΔ U = Q pl = λ متریاΔ U =سn =rm.

بنابراین، از دیدگاه فیزیک مولکولی: مطالب از سایت

انرژی درونی بدن مجموع انرژی جنبشی حرکت حرارتی اتم ها، مولکول ها یا سایر ذرات که از آن تشکیل شده است و انرژی پتانسیل برهمکنش بین آنها است. از نقطه نظر ترمودینامیکی، تابعی از وضعیت بدن (سیستم اجسام) است که به طور منحصر به فرد توسط پارامترهای ماکرو - دما تعیین می شود.تیو جلد پنجم

بدین ترتیب، انرژی درونیانرژی سیستم است که به حالت درونی آن بستگی دارد. از انرژی حرکت حرارتی همه ریز ذرات سیستم (مولکول ها، اتم ها، یون ها، الکترون ها و غیره) و انرژی برهم کنش آنها تشکیل شده است. تعیین مقدار کامل انرژی داخلی تقریبا غیرممکن است، بنابراین تغییر انرژی داخلی محاسبه می شود Δ U،که به دلیل انتقال حرارت و عملکرد کار رخ می دهد.

انرژی درونی یک جسم برابر است با مجموع انرژی جنبشی حرکت حرارتی و انرژی پتانسیل اثر متقابل ریزذرات تشکیل دهنده آن.

در این صفحه مطالبی در مورد موضوعات زیر وجود دارد:

• تفسیر مولکولی جنبشی انرژی داخلی سیستم

• پیام کوتاه "در مورد استفاده از انرژی درونی بدن"

• انرژی درونی یک جامد به چه چیزی بستگی دارد؟

• خلاصه ای از روش تغییر انرژی درونی بدن

• انرژی درونیبدن (به عنوان Eیا U) مجموع انرژی های برهمکنش های مولکولی و حرکات حرارتی مولکول است. انرژی داخلی تابعی منحصر به فرد از وضعیت سیستم است. این بدان معناست که هرگاه یک سیستم خود را در وضعیت معینی بیابد، انرژی درونی آن بدون توجه به تاریخچه قبلی سیستم، ارزش ذاتی این حالت را به خود می گیرد. در نتیجه، تغییر انرژی درونی در طول انتقال از یک حالت به حالت دیگر همیشه برابر با تفاوت بین مقادیر آن در حالت نهایی و اولیه خواهد بود، صرف نظر از مسیری که انتقال در آن انجام شده است.

  انرژی درونی بدن را نمی توان مستقیماً اندازه گیری کرد. شما فقط می توانید تغییر در انرژی داخلی را تعیین کنید:

  این فرمول بیان ریاضی قانون اول ترمودینامیک است

  برای فرآیندهای شبه استاتیک رابطه زیر برقرار است:

  گازهای ایده آل

  طبق قانون ژول که به صورت تجربی به دست آمده است، انرژی داخلی یک گاز ایده آل به فشار یا حجم بستگی ندارد. بر اساس این واقعیت، می توانیم بیانی برای تغییر انرژی داخلی یک گاز ایده آل به دست آوریم. با تعریف ظرفیت حرارتی مولی در حجم ثابت، . از آنجایی که انرژی داخلی یک گاز ایده آل فقط تابع دما است، پس

  .

  همین فرمول برای محاسبه تغییرات انرژی داخلی هر جسم نیز صادق است، اما فقط در فرآیندهایی با حجم ثابت (فرآیندهای ایزوکوریک). به طور کلی تابعی از دما و حجم است.

  اگر از تغییر ظرفیت گرمایی مولی با تغییر دما غافل شویم، به دست می‌آییم:

  ,

  جایی که مقدار ماده است، تغییر دما است.

  ادبیات

  • Sivukhin D.V.درس فیزیک عمومی. - ویرایش پنجم، اصلاح شده. - M.: Fizmatlit، 2006. - T. II. ترمودینامیک و فیزیک مولکولی. - 544 ص. - شابک 5-9221-0601-5

  یادداشت

  
  

  بنیاد ویکی مدیا 2010.

  ببینید «انرژی داخلی» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

  انرژی درونی- تابعی از حالت یک سیستم ترمودینامیکی بسته که با این واقعیت تعیین می شود که افزایش آن در هر فرآیندی که در این سیستم اتفاق می افتد برابر است با مجموع گرمای وارد شده به سیستم و کار انجام شده بر روی آن. توجه انرژی داخلی... ... راهنمای مترجم فنی

  انرژی فیزیکی سیستم، بسته به داخلی آن. وضعیت. V. e. شامل انرژی حرکت آشفته (حرارتی) تمام ریزذرات سیستم (مولکول ها، اتم ها، یون ها و غیره) و انرژی عمل این ذرات است. جنبشی. انرژی حرکت سیستم به عنوان یک کل و ... دایره المعارف فیزیکی

  انرژی درونی- انرژی یک بدن یا سیستم، بسته به وضعیت داخلی آن؛ متشکل از انرژی جنبشی مولکول های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم ها، الکترون ها، هسته ها)، انرژی برهم کنش اتم ها در مولکول ها، انرژی برهمکنش الکترونیکی... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

  یک جسم متشکل از انرژی جنبشی مولکول‌های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم‌ها، الکترون‌ها، هسته‌ها)، انرژی برهم‌کنش اتم‌ها در مولکول‌ها و غیره است. انرژی درونی شامل انرژی حرکت جسم نمی‌شود. یک انرژی کامل و بالقوه... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

  انرژی درونی- ▲ بدنه مواد انرژی، مطابق با، وضعیت، دمای داخلی داخلی ... فرهنگ لغت ایدئوگرافیک زبان روسی

  انرژی درونی- انرژی کل سیستم منهای پتانسیل است که ناشی از تأثیر میدان های نیروی خارجی بر روی سیستم (در میدان گرانشی) و انرژی جنبشی سیستم متحرک است. شیمی عمومی: کتاب درسی / A. V. Zholnin ... اصطلاحات شیمیایی

  دایره المعارف مدرن

  انرژی درونی- جسم، شامل انرژی جنبشی مولکول ها، اتم ها، الکترون ها، هسته های تشکیل دهنده بدن و همچنین انرژی برهم کنش این ذرات با یکدیگر است. تغییر انرژی درونی از نظر عددی برابر با کار انجام شده بر روی بدن است (مثلاً زمانی که... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

  انرژی درونی- یک کمیت ترمودینامیکی که تعداد انواع حرکات داخلی انجام شده در سیستم را مشخص می کند. اندازه گیری انرژی درونی مطلق بدن غیرممکن است. در عمل فقط تغییر انرژی درونی اندازه گیری می شود... ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

  یک جسم متشکل از انرژی جنبشی مولکول‌های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم‌ها، الکترون‌ها، هسته‌ها)، انرژی برهم‌کنش اتم‌ها در مولکول‌ها و غیره است. انرژی درونی شامل انرژی حرکت جسم نمی‌شود. یک انرژی کامل و بالقوه... فرهنگ لغت دایره المعارفی

  کتاب ها

  • مسیر چی. انرژی زندگی در بدن شماست. تمرینات و مدیتیشن، سوئیگارد متیو، تعادل و هماهنگی درونی از بدو تولد به ما داده می شود، اما زندگی مدرن به راحتی می تواند ما را از تعادل طبیعی خارج کند. گاهی اوقات ما عمداً آن را نقض می کنیم، مثلاً با خوردن زیاد ... دسته: آموزه های باطنی شرقیسلسله: ناشر: همه,

  انرژی درونی

  از دیدگاه نظریه سینتیک مولکولی انرژی درونی(J) مجموع انرژی پتانسیل تعامل بین ذرات تشکیل دهنده بدن و انرژی جنبشی حرکت حرارتی تصادفی آنها است. انرژی جنبشی حرکت تصادفی ذرات با دمای T متناسب است، انرژی پتانسیل برهمکنش به فاصله بین ذرات بستگی دارد، یعنی. از حجم V بدنه. بنابراین، در ترمودینامیک، انرژی داخلی U یک جسم تابعی از دمای T و حجم V تعیین می شود.

  در طی هر فرآیندی در یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله، انرژی داخلی بدون تغییر باقی می ماند: یا.

  انرژی داخلی توسط حالت ترمودینامیکی سیستم تعیین می شود و بستگی به نحوه قرار گرفتن سیستم در این حالت ندارد. در نتیجه، انرژی داخلی با روند تغییرات در وضعیت سیستم مرتبط نیست. در دو یا چند حالت یکسان یک سیستم، انرژی درونی آن یکسان است.

  مورد توجه عملی خود انرژی داخلی نیست، بلکه تغییر آن در طول انتقال یک سیستم از یک حالت به حالت دیگر است. اگر انرژی پتانسیل برهمکنش بین مولکول ها صفر باشد، انرژی درونی یک گاز ایده آل برابر است با مجموع انرژی های جنبشی همه مولکول های آن. انرژی داخلی یک گاز ایده آل با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد. در نتیجه، هنگامی که دمای یک گاز ایده آل تغییر می کند، انرژی داخلی آن لزوما تغییر می کند.

  که در آن R ثابت گاز جهانی، M جرم مولی، T دمای مطلق، m جرم و تعداد مولکول ها است.

  وابستگی انرژی داخلی به پارامترهای ماکروسکوپی

  انرژی داخلی یک گاز ایده آل به یک پارامتر بستگی دارد - دما. انرژی داخلی یک گاز ایده آل به حجم بستگی ندارد زیرا انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول های آن برابر با صفر در نظر گرفته می شود.

  در گازها، مایعات و جامدات واقعی، میانگین انرژی پتانسیل برهمکنش بین مولکول ها صفر نیست. میانگین انرژی پتانسیل تعامل بین مولکول ها به حجم ماده بستگی دارد، زیرا وقتی حجم تغییر می کند، فاصله متوسط ​​بین مولکول ها تغییر می کند. در نتیجه، انرژی داخلی، در ترمودینامیک در حالت کلی، همراه با دمای T، به حجم V نیز بستگی دارد.

  انرژی داخلی U اجسام ماکروسکوپی به طور منحصر به فردی توسط پارامترهای مشخص کننده وضعیت این اجسام تعیین می شود: دما و حجم.

  کار در ترمودینامیک

  انرژی داخلی را می توان به دو صورت تغییر داد: با انجام کار، زمانی که انرژی داخلی به مقداری برابر با کار نیروهای خارجی A تغییر می کند، و با انتقال حرارت، که در آن تغییر انرژی داخلی با مقدار گرما Q مشخص می شود. .

  وقتی کار انجام می شود، حجم بدنه تغییر می کند، اما سرعت آن برابر با صفر باقی می ماند. اما سرعت مولکول های یک جسم، مثلاً گاز، تغییر می کند. بنابراین دمای بدن نیز تغییر می کند.

  بنابراین، هنگامی که کار در ترمودینامیک انجام می شود، وضعیت اجسام ماکروسکوپی تغییر می کند: حجم و دمای آنها تغییر می کند.

  محاسبه کار:

  F" نیرویی است که با آن گاز روی پیستون فشار می آورد.

  F نیرویی است که با آن پیستون روی گاز فشار می آورد.

  الف" کاری است که گاز روی اجسام خارجی انجام می دهد.

  A کاری است که توسط اجسام خارجی روی گاز انجام می شود.

  1. گاز منبسط می شود

  

  تغییر حجم کجاست

  این گاز انرژی را به اجسام اطراف منتقل می کند و خنک می شود.

  2. گاز فشرده شده است

  

  گاز از اجسام خارجی انرژی دریافت می کند و گرم می شود. علامت منفی نشان می دهد که وقتی گاز فشرده می شود، کار انجام شده توسط نیروی خارجی مثبت است.

  ترمودینامیک به عنوان یک رشته در اواسط قرن 19 ظهور کرد. این اتفاق پس از کشف قانون بقای انرژی رخ داد. ارتباط خاصی بین ترمودینامیک و سینتیک مولکولی وجود دارد. انرژی درونی در تئوری چه جایگاهی را اشغال می کند؟ بیایید در مقاله به این موضوع نگاه کنیم.

  مکانیک آماری و ترمودینامیک

  نظریه علمی اولیه در مورد فرآیندهای حرارتی جنبشی مولکولی نبود. اولین مورد ترمودینامیک بود. در فرآیند مطالعه شرایط بهینه برای استفاده از گرما برای انجام کار شکل گرفت. این در اواسط قرن 19 اتفاق افتاد، قبل از اینکه سینتیک مولکولی مورد پذیرش قرار گیرد. امروزه هم ترمودینامیک و هم نظریه جنبشی مولکولی در فناوری و علم مورد استفاده قرار می گیرند. دومی در فیزیک نظری مکانیک آماری نامیده می شود. همراه با ترمودینامیک، پدیده های یکسان را با استفاده از روش های مختلف مطالعه می کند. این دو نظریه مکمل یکدیگر هستند. اساس ترمودینامیک از دو قانون آن تشکیل شده است. هر دوی آنها به رفتار انرژی مربوط می شوند و به صورت تجربی ایجاد می شوند. این قوانین برای هر ماده ای، صرف نظر از ساختار درونی آن، معتبر است. مکانیک آماری علمی عمیق تر و دقیق تر به حساب می آید. در مقایسه با ترمودینامیک، پیچیده تر است. در مواردی استفاده می شود که روابط ترمودینامیکی برای توضیح پدیده های مورد مطالعه کافی نباشد.

  

  نظریه سینتیک مولکولی

  در اواسط قرن نوزدهم، ثابت شد که در کنار انرژی مکانیکی، انرژی درونی اجسام ماکروسکوپی نیز وجود دارد. در تعادل تحولات انرژی گنجانده شده است. پس از کشف انرژی درونی، موضعی در مورد حفظ و تبدیل آن شکل گرفت. در حالی که یک پوک که روی یخ می‌لغزد تحت تأثیر اصطکاک متوقف می‌شود، انرژی جنبشی (مکانیکی) آن نه تنها وجود ندارد، بلکه به مولکول‌های پوک و یخ نیز منتقل می‌شود. هنگام حرکت، سطوح ناهموار اجسام در معرض اصطکاک تغییر شکل می دهند. در همان زمان، شدت حرکت مولکول های تصادفی افزایش می یابد. وقتی هر دو بدن گرم می شوند، انرژی درونی افزایش می یابد. مشاهده انتقال معکوس دشوار نیست. هنگامی که آب در یک لوله آزمایش بسته گرم می شود، انرژی داخلی (هم آن و هم بخار حاصل) شروع به افزایش می کند. فشار افزایش می یابد و باعث می شود دوشاخه به زور خارج شود. انرژی داخلی بخار باعث افزایش انرژی جنبشی می شود. در طول فرآیند انبساط، بخار کار می کند. در عین حال انرژی درونی آن کاهش می یابد. در نتیجه بخار خنک می شود.

  

  انرژی درونی. اطلاعات کلی

  با حرکت تصادفی همه مولکول ها، مجموع انرژی های جنبشی آنها و همچنین انرژی های بالقوه برهمکنش های آنها، انرژی درونی را تشکیل می دهد. با توجه به موقعیت مولکول ها نسبت به یکدیگر و حرکت آنها، محاسبه این مقدار تقریبا غیرممکن است. این به دلیل تعداد زیاد عناصر در اجسام ماکروسکوپی است. در این راستا لازم است بتوان مقدار را مطابق با پارامترهای ماکروسکوپی قابل اندازه گیری محاسبه کرد.

  گاز تک اتمی

  این ماده از نظر خواص بسیار ساده در نظر گرفته می شود، زیرا از اتم های منفرد تشکیل شده است نه مولکول. گازهای تک اتمی شامل آرگون، هلیوم و نئون است. انرژی پتانسیل در این حالت صفر است. این به این دلیل است که مولکول های یک گاز ایده آل با یکدیگر برهمکنش ندارند. انرژی جنبشی حرکت مولکولی تصادفی برای داخلی (U) تعیین کننده است. برای محاسبه U یک گاز تک اتمی با جرم m، باید انرژی جنبشی (متوسط) 1 اتم را در تعداد کل اتم ها ضرب کنیم. اما باید در نظر گرفت که kNA=R. بر اساس اطلاعاتی که داریم، فرمول زیر را بدست می آوریم: U= 2/3 x m/M x RT،که در آن انرژی داخلی با دمای مطلق نسبت مستقیم دارد. تمام تغییرات U فقط با T (دما) اندازه گیری شده در حالت اولیه و نهایی گاز تعیین می شود و مستقیماً به حجم مربوط نمی شود. این به این دلیل است که فعل و انفعالات انرژی پتانسیل آن برابر با 0 است و به هیچ وجه به سایر پارامترهای سیستم اجسام ماکروسکوپی بستگی ندارد. در حضور مولکول‌های پیچیده‌تر، یک گاز ایده‌آل انرژی داخلی مستقیماً متناسب با دمای مطلق خواهد داشت. اما باید گفت در این صورت ضریب تناسب بین U و T تغییر خواهد کرد. از این گذشته، مولکول های پیچیده نه تنها حرکات انتقالی، بلکه حرکات چرخشی را نیز انجام می دهند. انرژی درونی برابر است با مجموع این حرکات مولکولی.

  U به چه چیزی بستگی دارد؟

  انرژی داخلی تحت تاثیر یکی از پارامترهای ماکروسکوپی قرار می گیرد. این دما است. در گازها، مایعات و جامدات واقعی، انرژی پتانسیل (متوسط) در هنگام برهمکنش مولکول ها برابر با صفر نیست. اگر چه، اگر دقیق تر نگاه کنیم، برای گازها بسیار کمتر از مقدار جنبشی (متوسط) است. در عین حال، برای جامدات و مایعات با آن قابل مقایسه است. اما میانگین U به V ماده بستگی دارد، زیرا در طول دوره تغییر آن، فاصله متوسط ​​بین مولکول ها نیز تغییر می کند. از این نتیجه می شود که در ترمودینامیک انرژی داخلی نه تنها به دمای T، بلکه به V (حجم) نیز بستگی دارد. ارزش آنها به طور منحصر به فرد وضعیت اجسام را تعیین می کند و بنابراین U.

  

  اقیانوس جهانی

  تصور اینکه اقیانوس جهانی دارای چه ذخایر فوق العاده بزرگی از انرژی است دشوار است. بیایید در نظر بگیریم که انرژی داخلی آب چیست. لازم به ذکر است که حرارتی نیز هست، زیرا در نتیجه گرم شدن بیش از حد قسمت مایع سطح اقیانوس به وجود آمده است. بنابراین، با داشتن اختلاف مثلاً 20 درجه نسبت به آب پایین، مقداری در حدود 10^26 ژول به دست می آورد. هنگام اندازه گیری جریانات در اقیانوس، انرژی جنبشی آن در حدود 10^18 J برآورد می شود.

  مشکلات جهانی

  مشکلات جهانی وجود دارد که می توان آنها را در سطح جهانی مطرح کرد. این شامل:

  کاهش ذخایر سوخت فسیلی (عمدتاً نفت و گاز)؛

  آلودگی زیست محیطی قابل توجه ناشی از استفاده از این مواد معدنی؛

  "آلودگی" حرارتی، به علاوه افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر، که اختلالات آب و هوایی جهانی را تهدید می کند.

  استفاده از ذخایر اورانیوم که منجر به تولید زباله های رادیواکتیو می شود که تأثیر بسیار منفی بر زندگی همه موجودات زنده دارد.

  استفاده از انرژی گرما هسته ای

  

  نتیجه

  این همه عدم اطمینان در مورد انتظارات عواقبی که قطعاً رخ می دهد اگر مصرف انرژی تولید شده به این روش را متوقف نکنیم، دانشمندان و مهندسان را مجبور می کند تقریباً تمام توجه خود را صرف حل این مشکل کنند. وظیفه اصلی آنها یافتن منبع بهینه انرژی است. در میان آنها، بیشترین علاقه این است: خورشید، یا بهتر است بگوییم گرمای خورشیدی، باد و انرژی در اقیانوس جهانی.

  

  در بسیاری از کشورها، دریاها و اقیانوس‌ها از دیرباز به‌عنوان منبع انرژی در نظر گرفته می‌شوند و چشم‌انداز آنها به طور فزاینده‌ای امیدوارکننده می‌شود. اقیانوس مملو از رازهای بسیاری است. همین تعداد راه هایی که برای استخراج انرژی در اختیار ما قرار می دهد (مانند جریان های اقیانوسی، انرژی جزر و مد، انرژی حرارتی و غیره) ما را در مورد عظمت آن فکر می کند.

  انرژی یک معیار کلی برای اشکال مختلف حرکت ماده است. با توجه به اشکال حرکت ماده، انواع انرژی نیز متمایز می شود - مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی و غیره. هر سیستم ترمودینامیکی در هر حالتی دارای مقدار معینی انرژی است که وجود آن توسط R. Clausius (1850) اثبات شد و انرژی درونی نامیده شد.

  انرژی درونی (U) انرژی همه انواع حرکت ریز ذرات تشکیل دهنده سیستم و انرژی برهمکنش آنها با یکدیگر است.

  انرژی درونی شامل انرژی حرکت انتقالی، چرخشی و ارتعاشی ذرات، انرژی برهمکنش های بین مولکولی و درون مولکولی، درون اتمی و درون هسته ای و غیره است.

  انرژی برهمکنش درون مولکولی، یعنی. انرژی برهمکنش اتم ها در یک مولکول که اغلب نامیده می شود انرژی شیمیایی . تغییر در این انرژی در طول تبدیلات شیمیایی رخ می دهد.

  برای آنالیز ترمودینامیکی، نیازی به دانستن اینکه انرژی درونی از کدام اشکال حرکت ماده تشکیل شده است، نیست.

  مقدار انرژی داخلی فقط به وضعیت سیستم بستگی دارد. در نتیجه، انرژی درونی را می توان یکی از ویژگی های این حالت در کنار کمیت هایی مانند فشار و دما دانست.

  هر حالت سیستم مربوط به یک مقدار کاملاً تعریف شده از هر یک از ویژگی های آن است.

  اگر یک سیستم همگن در حالت اولیه دارای حجم V 1، فشار P 1، دمای T 1، انرژی داخلی U 1، هدایت الکتریکی æ 1 و غیره باشد و در حالت نهایی این خواص به ترتیب برابر با V 2، P 2 باشد. ، T 2، U 2، æ 2 و غیره، سپس تغییر در هر ویژگی در هنگام انتقال سیستم از حالت اولیه به حالت نهایی یکسان خواهد بود، صرف نظر از اینکه سیستم از یک حالت به حالت دیگر عبور می کند. : اول، دوم یا سوم (شکل .1.4).

  برنج. 1.4 استقلال ویژگی های سیستم از مسیر انتقال آن

  از حالت عادی به حالت دیگر

  آن ها (U 2 - U 1) I = (U 2 - U 1) II = (U 2 - U 1) III (1.4)

  اعداد I، II، III و غیره کجا هستند. مسیرهای فرآیند را نشان می دهد. در نتیجه، اگر سیستم از حالت اولیه (1) به حالت نهایی (2) در طول یک مسیر و از حالت نهایی در ابتدا - در طول مسیر دیگری حرکت کند، یعنی. اگر یک فرآیند (چرخه) دایره ای کامل شود، تغییر در هر ویژگی سیستم برابر با صفر خواهد بود.

  بنابراین، تغییر در تابع حالت سیستم به مسیر فرآیند بستگی ندارد، بلکه تنها به حالت های اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد. یک تغییر بی نهایت کوچک در خواص یک سیستم معمولاً با علامت دیفرانسیل d نشان داده می شود. به عنوان مثال، dU یک تغییر بی نهایت کوچک در انرژی داخلی و غیره است.

  اشکال تبادل انرژی

  مطابق با اشکال مختلف حرکت ماده و انواع مختلف انرژی، اشکال مختلفی از تبادل انرژی (انتقال انرژی) - اشکال تعامل وجود دارد. ترمودینامیک دو شکل تبادل انرژی بین یک سیستم و محیط آن را در نظر می گیرد. این کار و گرمی است.

  کار.واضح ترین شکل تبادل انرژی، کار مکانیکی است که مطابق با شکل مکانیکی حرکت ماده است. هنگامی که بدن تحت تأثیر نیروی مکانیکی حرکت می کند تولید می شود. مطابق با سایر اشکال حرکت ماده، انواع دیگر کار نیز متمایز می شود: الکتریکی، شیمیایی و غیره. کار نوعی انتقال حرکت منظم و سازمان یافته است، زیرا هنگام انجام کار، ذرات بدن به صورت سازمان یافته در یک جهت حرکت می کنند. به عنوان مثال، کار انجام شده در حین انبساط گاز. مولکول های گاز واقع در سیلندر زیر پیستون در حرکت بی نظم و بی نظم هستند. هنگامی که گاز شروع به حرکت پیستون می کند، یعنی برای انجام کار مکانیکی، حرکت سازمان یافته بر حرکت تصادفی مولکول های گاز سوار می شود: همه مولکول ها مقداری جابجایی در جهت حرکت پیستون دریافت می کنند. کار الکتریکی همچنین با حرکت سازمان یافته ذرات باردار ماده در جهت خاصی همراه است.

  از آنجایی که کار اندازه گیری انرژی منتقل شده است، کمیت آن با همان واحدهای انرژی اندازه گیری می شود.

  حرارت. شکل تبادل انرژی مربوط به حرکت آشفته ریز ذرات تشکیل دهنده سیستم نامیده می شود تبادل حرارت، و مقدار انرژی منتقل شده در هنگام تبادل حرارت نامیده می شود گرما.

  انتقال حرارت با تغییر در موقعیت اجسامی که یک سیستم ترمودینامیکی را تشکیل می‌دهند ارتباطی ندارد و شامل انتقال مستقیم انرژی از مولکول‌های یک جسم به مولکول‌های جسم دیگر در تماس آنهاست.

  پ اجازه دهید یک مخزن (سیستم) عایق را تصور کنیم که توسط یک پارتیشن رسانای گرما AB به دو قسمت تقسیم شده است (شکل 1.5). فرض کنید در هر دو قسمت ظرف گاز وجود دارد.

  برنج. 1.5. به مفهوم گرما

  در نیمه چپ ظرف دمای گاز T 1 و در نیمه سمت راست T 2 است. اگر T 1 > T 2، آنگاه انرژی جنبشی متوسط ​​( ) مولکول های گاز در سمت چپ ظرف بزرگتر از میانگین انرژی جنبشی خواهند بود ( ) در نیمه سمت راست رگ.

  در نتیجه برخورد مداوم مولکول ها با پارتیشن در نیمه چپ رگ، بخشی از انرژی آنها به مولکول های پارتیشن منتقل می شود. مولکول های گاز واقع در نیمه سمت راست ظرف، در برخورد با پارتیشن، بخشی از انرژی را از مولکول های آن به دست می آورند.

  در نتیجه این برخوردها، انرژی جنبشی مولکول ها در نیمه چپ رگ کاهش می یابد و در نیمه سمت راست افزایش می یابد. دماهای T 1 و T 2 برابر خواهند شد.

  از آنجایی که گرما شکلی از انرژی است، کمیت آن با واحدهای انرژی اندازه گیری می شود. بنابراین تبادل گرما و کار اشکال تبادل انرژی هستند و مقدار گرما و مقدار کار معیارهای انرژی منتقل شده است. تفاوت آنها در این است که گرما شکلی از انتقال حرکت میکروفیزیکی و بی نظم ذرات (و بر این اساس، انرژی این حرکت) است و کار شکلی از انتقال انرژی حرکت منظم و سازمان یافته ماده است.

  گاهی می گویند: گرما (یا کار) از سیستم تامین یا حذف می شود، اما باید فهمید که تامین یا حذف گرما و کار نیست، بلکه انرژی است، بنابراین نباید از عباراتی مانند ذخیره گرما استفاده کرد. یا «حاوی گرما».

  به عنوان اشکال تبادل انرژی (اشکال برهمکنش) یک سیستم با محیط، گرما و کار نمی توانند با هیچ حالت خاصی از سیستم مرتبط باشند، نمی توانند خواص آن و بنابراین عملکردهای حالت آن باشند. این بدان معنی است که اگر سیستم از حالت اولیه (1) به حالت نهایی (2) به روش های مختلف عبور کند، گرما و کار مقادیر متفاوتی برای مسیرهای انتقال مختلف خواهند داشت (شکل 1.6).

  

  مقادیر متناهی گرما و کار به ترتیب با Q و A و مقادیر بینهایت کوچک با δQ و δA نشان داده می شوند. کمیت‌های δQ و δA، بر خلاف dU، یک دیفرانسیل کامل نیستند، زیرا Q و A توابع حالت نیستند.

  هنگامی که مسیر فرآیند از پیش تعیین شده باشد، کار و گرما خواص عملکردهای حالت سیستم را به دست خواهند آورد، به عنوان مثال. مقادیر عددی آنها فقط با حالت اولیه و نهایی سیستم تعیین می شود.