किसी पिंड के सभी कणों की आंतरिक ऊर्जा को मापा जाता है। ऊष्मप्रवैगिकी। आंतरिक ऊर्जा। समस्या समाधान के उदाहरण

एमकेटी के अनुसार, सभी पदार्थ ऐसे कणों से बने होते हैं जो निरंतर तापीय गति में होते हैं और एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इसलिए, भले ही शरीर गतिहीन हो और शून्य संभावित ऊर्जा हो, इसमें ऊर्जा (आंतरिक ऊर्जा) होती है, जो शरीर को बनाने वाले सूक्ष्म कणों की गति और अंतःक्रिया की कुल ऊर्जा है। आंतरिक ऊर्जा में शामिल हैं:

1. अणुओं की अनुवादात्मक, घूर्णी और कंपन गति की गतिज ऊर्जा;
2. परमाणुओं और अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा;
3. अंतरापरमाणु और अंतरापरमाणु ऊर्जा।

थर्मोडायनामिक्स में, प्रक्रियाओं को ऐसे तापमान पर माना जाता है जिस पर अणुओं में परमाणुओं की कंपन गति उत्तेजित नहीं होती है, यानी। 1000 K से अधिक तापमान पर नहीं। इन प्रक्रियाओं में, आंतरिक ऊर्जा के केवल पहले दो घटक बदलते हैं। इसीलिए

अंतर्गत आंतरिक ऊर्जाथर्मोडायनामिक्स में हम किसी पिंड के सभी अणुओं और परमाणुओं की गतिज ऊर्जा और उनकी परस्पर क्रिया की स्थितिज ऊर्जा के योग को समझते हैं।

किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा उसकी तापीय अवस्था निर्धारित करती है और एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान बदलती है। किसी दिए गए राज्य में, शरीर में एक पूरी तरह से निश्चित आंतरिक ऊर्जा होती है, जो उस प्रक्रिया से स्वतंत्र होती है जिसके माध्यम से वह इस राज्य में प्रवेश करती है। इसलिए, आंतरिक ऊर्जा को अक्सर कहा जाता है शरीर की स्थिति का कार्य.

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\)

कहाँ मैं- आज़ादी की श्रेणी। मोनोआटोमिक गैस के लिए (जैसे उत्कृष्ट गैसें) मैं= 3, द्विपरमाणुक के लिए - मैं = 5.

इन सूत्रों से यह स्पष्ट है कि एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा यह केवल तापमान और अणुओं की संख्या पर निर्भर करता हैऔर यह आयतन या दबाव पर निर्भर नहीं करता है। इसलिए, एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन केवल उसके तापमान में परिवर्तन से निर्धारित होता है और यह उस प्रक्रिया की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है जिसमें गैस एक अवस्था से दूसरी अवस्था में गुजरती है:

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

कहां Δ टी = टी 2 - टी 1 .

• वास्तविक गैसों के अणु एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और इसलिए उनमें स्थितिज ऊर्जा होती है डब्ल्यूपी, जो अणुओं के बीच की दूरी और इसलिए, गैस द्वारा घेरे गए आयतन पर निर्भर करता है। इस प्रकार, किसी वास्तविक गैस की आंतरिक ऊर्जा उसके तापमान, आयतन और आणविक संरचना पर निर्भर करती है।

*सूत्र की व्युत्पत्ति

एक अणु की औसत गतिज ऊर्जा \(~\left\langel W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

गैस में अणुओं की संख्या \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\) है।

इसलिए, एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा होती है

\(~U = N \cdot \left\langel W_k \right\rangel = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

ध्यान में रख कर k⋅Nए= आरहमारे पास सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा।

आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन

व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए आंतरिक ऊर्जा ही महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाती, बल्कि इसका परिवर्तन Δ निभाता है यू = यू 2 - यू 1 . आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना ऊर्जा संरक्षण के नियमों के आधार पर की जाती है।

किसी शरीर की आंतरिक ऊर्जा दो तरह से बदल सकती है:

1. प्रतिबद्ध करते समय यांत्रिक कार्य. ए) यदि कोई बाहरी बल किसी पिंड के विरूपण का कारण बनता है, तो जिन कणों से यह बना है उनके बीच की दूरी बदल जाती है, और इसलिए कणों की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा बदल जाती है। इसके अलावा, बेलोचदार विकृतियों के दौरान, शरीर का तापमान बदल जाता है, अर्थात। कणों की तापीय गति की गतिज ऊर्जा बदल जाती है। लेकिन जब कोई पिंड विकृत होता है, तो कार्य किया जाता है, जो शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक माप है। ख) किसी पिंड की दूसरे पिंड के साथ बेलोचदार टक्कर के दौरान उसकी आंतरिक ऊर्जा भी बदल जाती है। जैसा कि हमने पहले देखा, पिंडों की बेलोचदार टक्कर के दौरान, उनकी गतिज ऊर्जा कम हो जाती है, यह आंतरिक ऊर्जा में बदल जाती है (उदाहरण के लिए, यदि आप निहाई पर पड़े तार को हथौड़े से कई बार मारते हैं, तो तार गर्म हो जाएगा)। किसी पिंड की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन का माप, गतिज ऊर्जा प्रमेय के अनुसार, कार्यरत बलों का कार्य है। यह कार्य आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के माप के रूप में भी काम कर सकता है। ग) किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन घर्षण के प्रभाव में होता है, क्योंकि, जैसा कि अनुभव से ज्ञात होता है, घर्षण हमेशा रगड़ने वाले पिंडों के तापमान में बदलाव के साथ होता है। घर्षण बल द्वारा किया गया कार्य आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के माप के रूप में काम कर सकता है।
2. मदद से गर्मी विनिमय. उदाहरण के लिए, यदि किसी वस्तु को बर्नर की लौ में रखा जाए तो उसका तापमान बदल जाएगा, इसलिए उसकी आंतरिक ऊर्जा भी बदल जाएगी। हालाँकि, यहाँ कोई काम नहीं किया गया था, क्योंकि न तो शरीर की और न ही उसके अंगों की कोई हलचल दिखाई दे रही थी।

किसी निकाय की आंतरिक ऊर्जा में बिना कार्य किये परिवर्तन कहलाता है गर्मी विनिमय(गर्मी का हस्तांतरण)।

ऊष्मा स्थानांतरण तीन प्रकार के होते हैं: चालन, संवहन और विकिरण।

ए) ऊष्मीय चालकताशरीर के कणों के थर्मल अराजक आंदोलन के कारण उनके सीधे संपर्क के दौरान निकायों (या शरीर के हिस्सों) के बीच गर्मी विनिमय की प्रक्रिया है। तापमान जितना अधिक होगा, ठोस शरीर के अणुओं के कंपन का आयाम उतना ही अधिक होगा। गैसों की तापीय चालकता उनके टकराव के दौरान गैस अणुओं के बीच ऊर्जा के आदान-प्रदान के कारण होती है। तरल पदार्थ के मामले में, दोनों तंत्र काम करते हैं। किसी पदार्थ की तापीय चालकता ठोस अवस्था में अधिकतम तथा गैसीय अवस्था में न्यूनतम होती है।

बी) कंवेक्शनयह उनके द्वारा व्याप्त आयतन के कुछ क्षेत्रों से दूसरे क्षेत्रों में तरल या गैस के गर्म प्रवाह द्वारा गर्मी हस्तांतरण का प्रतिनिधित्व करता है।

ग) हीट एक्सचेंज पर विकिरणकी दूरी पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से किया गया।

आइए आंतरिक ऊर्जा को बदलने के तरीकों पर अधिक विस्तार से विचार करें।

यांत्रिक कार्य

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, समग्र रूप से मैक्रोबॉडी की यांत्रिक गति पर विचार नहीं किया जाता है। यहां काम की अवधारणा शरीर के आयतन में बदलाव से जुड़ी है, यानी। एक दूसरे के सापेक्ष स्थूल शरीर के हिस्सों की गति। इस प्रक्रिया से कणों के बीच की दूरी में परिवर्तन होता है, और अक्सर उनकी गति की गति में भी परिवर्तन होता है, इसलिए, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है।

समदाब रेखीय प्रक्रिया

आइए सबसे पहले आइसोबैरिक प्रक्रिया पर विचार करें। मान लीजिए कि एक गतिशील पिस्टन वाले सिलेंडर में एक तापमान पर गैस है टी 1 (चित्र 1)।

हम गैस को धीरे-धीरे एक तापमान तक गर्म करेंगे टी 2. गैस समदाब रेखीय रूप से विस्तारित होगी और पिस्टन अपनी स्थिति से हट जाएगा 1 ठीक जगह लेना 2 की दूरी तक Δ एल. गैस का दबाव बल बाहरी पिंडों पर कार्य करेगा। क्योंकि पी= स्थिरांक, फिर दबाव बल एफ = पी⋅एसभी स्थिर. इसलिए, इस बल के कार्य की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V,\)

कहां Δ वी- गैस की मात्रा में परिवर्तन.

• यदि गैस का आयतन नहीं बदलता (आइसोकोरिक प्रक्रिया), तो गैस द्वारा किया गया कार्य शून्य है।

• गैस अपना आयतन बदलने की प्रक्रिया में ही कार्य करती है।

विस्तार करते समय (Δ वी> 0) गैस का सकारात्मक कार्य होता है ( ए> 0); संपीड़न के दौरान (Δ वी < 0) газа совершается отрицательная работа (ए < 0).

• अगर हम बाहरी ताकतों के काम पर विचार करें ए " (ए " = –ए), फिर विस्तार के साथ (Δ वी> 0) गैस ए " < 0); при сжатии (Δवी < 0) ए " > 0.

आइए हम दो गैस अवस्थाओं के लिए क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण लिखें:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

इसलिए, जब समदाब रेखीय प्रक्रिया

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

यदि ν = 1 mol, तो Δ पर Τ = 1 K हमें वह प्राप्त होता है आरसंख्यात्मक रूप से बराबर ए.

इससे यह निष्कर्ष निकलता है सार्वभौमिक गैस स्थिरांक का भौतिक अर्थ: यह संख्यात्मक रूप से एक आदर्श गैस के 1 मोल द्वारा किए गए कार्य के बराबर है जब इसे आइसोबैरिक रूप से 1 K तक गर्म किया जाता है।

एक समदाब रेखीय प्रक्रिया नहीं है

चार्ट पर पी (वी) एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, कार्य चित्र 2, ए में छायांकित आयत के क्षेत्र के बराबर है।

यदि प्रक्रिया समदाब रेखीय नहीं(चित्र 2, बी), फिर फ़ंक्शन वक्र पी = एफ(वी) को एक टूटी हुई रेखा के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसमें बड़ी संख्या में आइसोकोर और आइसोबार शामिल हैं। समदाब रेखीय अनुभागों पर कार्य शून्य है, और सभी समदाब रेखीय अनुभागों पर कुल कार्य बराबर होगा

\(~A = \lim_(\Delta V \to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\), या \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

वे। बराबर होगा छायांकित आकृति का क्षेत्र.

पर इज़ोटेर्माल प्रक्रिया (टी= स्थिरांक) कार्य चित्र 2, सी में दर्शाए गए छायांकित चित्र के क्षेत्रफल के बराबर है।

अंतिम सूत्र का उपयोग करके कार्य निर्धारित करना तभी संभव है जब यह ज्ञात हो कि गैस का आयतन बदलने पर उसका दबाव कैसे बदलता है, अर्थात। फ़ंक्शन का स्वरूप ज्ञात है पी = एफ(वी).

इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि गैस की मात्रा में समान परिवर्तन के साथ भी, कार्य गैस की प्रारंभिक अवस्था से अंतिम तक संक्रमण की विधि (यानी, प्रक्रिया पर: आइसोथर्मल, आइसोबैरिक ...) पर निर्भर करेगा। राज्य। इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं

• थर्मोडायनामिक्स में कार्य प्रक्रिया का एक कार्य है न कि अवस्था का कार्य।

ऊष्मा की मात्रा

जैसा कि ज्ञात है, विभिन्न यांत्रिक प्रक्रियाओं के दौरान यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है डब्ल्यू. यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक माप सिस्टम पर लागू बलों का कार्य है:

\(~\डेल्टा डब्ल्यू = ए.\)

ऊष्मा विनिमय के दौरान शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है। ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप ऊष्मा की मात्रा है।

ऊष्मा की मात्राऊष्मा स्थानांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक माप है।

इस प्रकार, कार्य और ऊष्मा की मात्रा दोनों ही ऊर्जा में परिवर्तन की विशेषता बताते हैं, लेकिन आंतरिक ऊर्जा के समान नहीं हैं। वे सिस्टम की स्थिति को स्वयं चित्रित नहीं करते हैं (जैसा कि आंतरिक ऊर्जा करती है), लेकिन जब स्थिति बदलती है तो एक प्रकार से दूसरे प्रकार (एक शरीर से दूसरे शरीर में) में ऊर्जा संक्रमण की प्रक्रिया निर्धारित करते हैं और प्रक्रिया की प्रकृति पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करते हैं।

काम और गर्मी के बीच मुख्य अंतर यही है

• कार्य एक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को बदलने की प्रक्रिया को दर्शाता है, जिसमें ऊर्जा का एक प्रकार से दूसरे प्रकार (यांत्रिक से आंतरिक में) में परिवर्तन होता है;
• गर्मी की मात्रा आंतरिक ऊर्जा को एक शरीर से दूसरे शरीर में (अधिक गर्म से कम गर्म तक) स्थानांतरित करने की प्रक्रिया को दर्शाती है, जो ऊर्जा परिवर्तनों के साथ नहीं होती है।

गर्म करना ठंडा करना)

अनुभव से पता चलता है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए ऊष्मा की मात्रा की आवश्यकता होती है एमतापमान पर टी 1 से तापमान टी 2, सूत्र द्वारा गणना की गई

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

कहाँ सी- पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता (सारणीबद्ध मान);

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \Delta T).\)

विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम केल्विन (J/(kg K)) है।

विशिष्ट ऊष्मा सीसंख्यात्मक रूप से गर्मी की मात्रा के बराबर है जो 1 किलो वजन वाले शरीर को 1 K तक गर्म करने के लिए प्रदान की जानी चाहिए।

विशिष्ट ताप क्षमता के अलावा, शरीर की ताप क्षमता जैसी मात्रा पर भी विचार किया जाता है।

ताप की गुंजाइशशरीर सीसंख्यात्मक रूप से शरीर के तापमान को 1 K तक बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर:

\(~C = \dfrac(Q)(\Delta T) = c \cdot m.\)

किसी पिंड की ऊष्मा क्षमता की SI इकाई जूल प्रति केल्विन (J/K) है।

वाष्पीकरण (संक्षेपण)

स्थिर तापमान पर किसी तरल को भाप में बदलने के लिए, ऊष्मा की मात्रा खर्च करना आवश्यक होता है

\(~Q = L \cdot m,\)

कहाँ एल- वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा (सारणीबद्ध मान)। जब भाप संघनित होती है तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।

वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।

पिघलना (क्रिस्टलीकरण)

एक क्रिस्टलीय पिंड को पिघलाने के लिए वजन तौला जाता है एमपिघलने बिंदु पर, शरीर को गर्मी की मात्रा का संचार करने की आवश्यकता होती है

\(~Q = \lambda \cdot m,\)

कहाँ λ - संलयन की विशिष्ट ऊष्मा (सारणीबद्ध मान)। जब कोई पिंड क्रिस्टलीकृत होता है तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।

संलयन की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।

ईंधन दहन

ईंधन के द्रव्यमान के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा एम,

\(~Q = q \cdot m,\)

कहाँ क्यू- दहन की विशिष्ट ऊष्मा (सारणीबद्ध मान)।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।

साहित्य

अक्सेनोविच एल.ए. माध्यमिक विद्यालय में भौतिकी: सिद्धांत। कार्य. टेस्ट: पाठ्यपुस्तक। सामान्य शिक्षा प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। पर्यावरण, शिक्षा / एल. ए. अक्सेनोविच, एन. एन. राकिना, के. एस. फ़ारिनो; ईडी। के.एस. फ़ारिनो. - एमएन.: अदुकात्सिया आई व्यवहार्ने, 2004. - पी. 129-133, 152-161।

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एक अनुशासन के रूप में थर्मोडायनामिक्स 19वीं सदी के मध्य तक उभरा। यह ऊर्जा संरक्षण पर कानून की खोज के बाद हुआ। थर्मोडायनामिक्स और आणविक गतिकी के बीच एक निश्चित संबंध है। सिद्धांत में आंतरिक ऊर्जा का क्या स्थान है? आइए इस लेख में देखें.

सांख्यिकीय यांत्रिकी और ऊष्मागतिकी

थर्मल प्रक्रियाओं के बारे में प्रारंभिक वैज्ञानिक सिद्धांत आणविक गतिज नहीं था। पहला था थर्मोडायनामिक्स। इसका गठन काम करने के लिए गर्मी का उपयोग करने के लिए इष्टतम स्थितियों का अध्ययन करने की प्रक्रिया में किया गया था। यह 19वीं सदी के मध्य में हुआ, इससे पहले कि आणविक गतिकी को स्वीकृति मिल जाती। आज, थर्मोडायनामिक्स और आणविक गतिज सिद्धांत दोनों का उपयोग प्रौद्योगिकी और विज्ञान में किया जाता है। सैद्धांतिक भौतिकी में उत्तरार्द्ध को सांख्यिकीय यांत्रिकी कहा जाता है। थर्मोडायनामिक्स के साथ-साथ, यह विभिन्न तरीकों का उपयोग करके समान घटनाओं का अध्ययन करता है। ये दोनों सिद्धांत एक दूसरे के पूरक हैं। ऊष्मागतिकी का आधार इसके दो नियमों से बना है। ये दोनों ऊर्जा के व्यवहार से संबंधित हैं और अनुभवजन्य रूप से स्थापित हैं। ये कानून किसी भी पदार्थ के लिए मान्य हैं, चाहे उसकी आंतरिक संरचना कुछ भी हो। सांख्यिकीय यांत्रिकी को एक गहरा और अधिक सटीक विज्ञान माना जाता है। ऊष्मागतिकी की तुलना में यह अधिक जटिल है। इसका उपयोग उस स्थिति में किया जाता है जब अध्ययन के तहत घटना को समझाने के लिए थर्मोडायनामिक संबंध अपर्याप्त होते हैं।

आणविक गतिज सिद्धांत

19वीं शताब्दी के मध्य तक यह सिद्ध हो गया कि यांत्रिक ऊर्जा के साथ-साथ स्थूल पिंडों की आंतरिक ऊर्जा भी होती है। यह ऊर्जा संतुलन के प्राकृतिक परिवर्तनों में शामिल है। आंतरिक ऊर्जा की खोज के बाद इसके संरक्षण और परिवर्तन पर एक स्थिति तैयार की गई। जबकि बर्फ पर फिसलने वाला पक घर्षण के प्रभाव में रुक जाता है, इसकी गतिज (यांत्रिक) ऊर्जा न केवल अस्तित्व में रहती है, बल्कि पक और बर्फ के अणुओं में भी स्थानांतरित हो जाती है। चलते समय, घर्षण के अधीन निकायों की असमान सतहें विकृत हो जाती हैं। साथ ही, बेतरतीब ढंग से घूमने वाले अणुओं की तीव्रता बढ़ जाती है। जब दोनों पिंडों को गर्म किया जाता है, तो आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है। विपरीत संक्रमण का निरीक्षण करना कठिन नहीं है। जब पानी को एक बंद परखनली में गर्म किया जाता है, तो आंतरिक ऊर्जा (यह और परिणामी भाप दोनों) बढ़ने लगती है। दबाव बढ़ जाएगा, जिससे प्लग बाहर निकल जाएगा। भाप की आंतरिक ऊर्जा गतिज ऊर्जा में वृद्धि का कारण बनेगी। विस्तार प्रक्रिया के दौरान, भाप काम करती है। साथ ही उसकी आंतरिक ऊर्जा कम हो जाती है। परिणामस्वरूप, भाप ठंडी हो जाती है।

आंतरिक ऊर्जा। सामान्य जानकारी

सभी अणुओं की यादृच्छिक गति के साथ, उनकी गतिज ऊर्जाओं के साथ-साथ उनकी अंतःक्रिया की संभावित ऊर्जाओं का योग, आंतरिक ऊर्जा का गठन करता है। एक दूसरे के सापेक्ष अणुओं की स्थिति और उनकी गति को देखते हुए, इस मात्रा की गणना करना लगभग असंभव है। यह स्थूल पिंडों में तत्वों की भारी संख्या के कारण है। इस संबंध में, मापे जा सकने वाले मैक्रोस्कोपिक मापदंडों के अनुसार मूल्य की गणना करने में सक्षम होना आवश्यक है।

मोनोएटोमिक गैस

पदार्थ को उसके गुणों में काफी सरल माना जाता है, क्योंकि इसमें अणु नहीं बल्कि अलग-अलग परमाणु होते हैं। मोनोएटोमिक गैसों में आर्गन, हीलियम और नियॉन शामिल हैं। इस स्थिति में स्थितिज ऊर्जा शून्य है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक आदर्श गैस के अणु एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। यादृच्छिक आणविक गति की गतिज ऊर्जा आंतरिक (यू) के लिए निर्णायक है। द्रव्यमान m की एक मोनोआटोमिक गैस के U की गणना करने के लिए, हमें 1 परमाणु की गतिज ऊर्जा (औसत) को सभी परमाणुओं की कुल संख्या से गुणा करना होगा। लेकिन यह ध्यान में रखना होगा कि kNA=R. हमारे पास मौजूद डेटा के आधार पर, हमें निम्नलिखित सूत्र मिलता है: यू= 2/3 x एम/एम x आरटी,जहां आंतरिक ऊर्जा सीधे निरपेक्ष तापमान के समानुपाती होती है। यू में सभी परिवर्तन केवल गैस की प्रारंभिक और अंतिम अवस्था में मापे गए टी (तापमान) द्वारा निर्धारित होते हैं, और सीधे मात्रा से संबंधित नहीं होते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि इसकी संभावित ऊर्जा की परस्पर क्रिया 0 के बराबर है, और मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं के अन्य सिस्टम मापदंडों पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं है। अधिक जटिल अणुओं की उपस्थिति में, एक आदर्श गैस में आंतरिक ऊर्जा भी पूर्ण तापमान के सीधे आनुपातिक होगी। लेकिन, यह कहा जाना चाहिए, इस मामले में यू और टी के बीच आनुपातिकता गुणांक बदल जाएगा। आख़िरकार, जटिल अणु न केवल अनुवादात्मक गतियाँ करते हैं, बल्कि घूर्णी गतियाँ भी करते हैं। आंतरिक ऊर्जा इन आणविक गतिविधियों के योग के बराबर है।

आप किस पर निर्भर हैं?

आंतरिक ऊर्जा स्थूल मापदंडों में से एक से प्रभावित होती है। ये है तापमान वास्तविक गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में, अणुओं की परस्पर क्रिया के दौरान संभावित ऊर्जा (औसत) शून्य के बराबर नहीं होती है। हालाँकि, यदि हम अधिक सटीक रूप से विचार करें, तो गैसों के लिए यह गतिज (औसत) से बहुत कम है। वहीं, ठोस और तरल पदार्थ के लिए यह इसके तुलनीय है। लेकिन औसत U पदार्थ के V पर निर्भर करता है, क्योंकि इसके परिवर्तन की अवधि के दौरान अणुओं के बीच की औसत दूरी भी बदल जाती है। इससे यह पता चलता है कि थर्मोडायनामिक्स में आंतरिक ऊर्जा न केवल तापमान टी पर निर्भर करती है, बल्कि वी (आयतन) पर भी निर्भर करती है। उनका मूल्य विशिष्ट रूप से निकायों की स्थिति निर्धारित करता है, और इसलिए यू।

विश्व महासागर

यह कल्पना करना कठिन है कि विश्व महासागर में ऊर्जा का कितना अविश्वसनीय रूप से बड़ा भंडार मौजूद है। आइए विचार करें कि पानी की आंतरिक ऊर्जा क्या है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह थर्मल भी है, क्योंकि इसका निर्माण समुद्र की सतह के तरल भाग के अत्यधिक गर्म होने के परिणामस्वरूप हुआ था। इसलिए, उदाहरण के लिए, नीचे के पानी के संबंध में 20 डिग्री का अंतर होने पर, यह लगभग 10^26 जे का मान प्राप्त कर लेता है। समुद्र में धाराओं को मापते समय, इसकी गतिज ऊर्जा लगभग 10^18 जे अनुमानित की जाती है।

वैश्विक समस्याएँ

ऐसी वैश्विक समस्याएं हैं जिन्हें वैश्विक स्तर पर उठाया जा सकता है। इसमे शामिल है:

जीवाश्म ईंधन भंडार (मुख्य रूप से तेल और गैस) की कमी;

इन खनिजों के उपयोग से जुड़ा महत्वपूर्ण पर्यावरण प्रदूषण;

थर्मल "प्रदूषण", साथ ही वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता में वृद्धि, जिससे वैश्विक जलवायु व्यवधान का खतरा है;

यूरेनियम भंडार के उपयोग से रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न होता है, जिसका सभी जीवित चीजों के जीवन पर बहुत नकारात्मक प्रभाव पड़ता है;

थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का उपयोग.

निष्कर्ष

यदि हम इस तरह से उत्पादित ऊर्जा का उपभोग करना बंद नहीं करते हैं तो निश्चित रूप से होने वाले परिणामों की अपेक्षाओं के बारे में यह सारी अनिश्चितता वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को इस समस्या को हल करने के लिए अपना लगभग सारा ध्यान समर्पित करने के लिए मजबूर करती है। उनका मुख्य कार्य ऊर्जा का इष्टतम स्रोत ढूंढना है। विभिन्न प्राकृतिक प्रक्रियाओं को शामिल करना भी महत्वपूर्ण है। उनमें से, सबसे बड़ी रुचि है: विश्व महासागर में सूर्य, या बल्कि सौर ताप, हवा और ऊर्जा।

कई देशों में, समुद्र और महासागरों को लंबे समय से ऊर्जा के स्रोत के रूप में देखा जाता रहा है, और उनकी संभावनाएं तेजी से आशाजनक होती जा रही हैं। समुद्र कई रहस्यों से भरा है, इसकी आंतरिक ऊर्जा संभावनाओं का अथाह कुआँ है। यह हमें ऊर्जा निष्कर्षण (जैसे समुद्री धाराएं, ज्वारीय ऊर्जा, तापीय ऊर्जा और अन्य) जितने तरीके प्रदान करता है, वह हमें पहले से ही इसकी महानता के बारे में सोचने पर मजबूर कर देता है।

आंतरिक ऊर्जाशरीर (के रूप में चिह्नित) इया यू) आणविक अंतःक्रियाओं और अणु की तापीय गतियों की ऊर्जा का योग है। आंतरिक ऊर्जा प्रणाली की स्थिति का एक अनूठा कार्य है। इसका मतलब यह है कि जब भी कोई सिस्टम किसी दिए गए राज्य में खुद को पाता है, तो सिस्टम के पिछले इतिहास की परवाह किए बिना, इसकी आंतरिक ऊर्जा इस राज्य में निहित मूल्य लेती है। नतीजतन, एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन हमेशा अंतिम और प्रारंभिक राज्यों में इसके मूल्यों के बीच अंतर के बराबर होगा, भले ही संक्रमण जिस पथ पर हुआ हो।

किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा को सीधे तौर पर नहीं मापा जा सकता। आप केवल आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन निर्धारित कर सकते हैं:

यह सूत्र ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम की गणितीय अभिव्यक्ति है

अर्ध-स्थैतिक प्रक्रियाओं के लिए निम्नलिखित संबंध है:

आदर्श गैसें

अनुभवजन्य रूप से प्राप्त जूल के नियम के अनुसार, एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा दबाव या आयतन पर निर्भर नहीं करती है। इस तथ्य के आधार पर, हम एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त कर सकते हैं। स्थिर आयतन पर मोलर ताप क्षमता की परिभाषा के अनुसार। चूँकि एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान का एक कार्य है

यही सूत्र किसी भी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना के लिए भी सत्य है, लेकिन केवल स्थिर आयतन वाली प्रक्रियाओं (आइसोकोरिक प्रक्रियाओं) में; सामान्य तौर पर, यह तापमान और आयतन दोनों का एक कार्य है।

यदि हम तापमान में परिवर्तन के साथ दाढ़ ताप क्षमता में परिवर्तन की उपेक्षा करते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं:

जहां पदार्थ की मात्रा है, तापमान में परिवर्तन है।

साहित्य

• सिवुखिन डी.वी.सामान्य भौतिकी पाठ्यक्रम. - 5वां संस्करण, संशोधित। - एम.: फ़िज़मैटलिट, 2006। - टी. II। ऊष्मप्रवैगिकी और आणविक भौतिकी। - 544 पी. - आईएसबीएन 5-9221-0601-5

टिप्पणियाँ

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

देखें अन्य शब्दकोशों में "आंतरिक ऊर्जा" क्या है:

आंतरिक ऊर्जा- एक बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति का एक कार्य, इस तथ्य से निर्धारित होता है कि इस प्रणाली में होने वाली किसी भी प्रक्रिया में इसकी वृद्धि प्रणाली को प्रदान की गई गर्मी और उस पर किए गए कार्य के योग के बराबर होती है। ध्यान दें आंतरिक ऊर्जा... ... तकनीकी अनुवादक मार्गदर्शिका

भौतिक ऊर्जा प्रणाली, उसके आंतरिक पर निर्भर करती है। स्थिति। वी. ई. इसमें सिस्टम के सभी सूक्ष्म कणों (अणु, परमाणु, आयन, आदि) की अराजक (थर्मल) गति की ऊर्जा और इन कणों की क्रिया की ऊर्जा शामिल है। काइनेटिक. समग्र रूप से सिस्टम की गति की ऊर्जा और... भौतिक विश्वकोश

आंतरिक ऊर्जा- किसी पिंड या प्रणाली की ऊर्जा, उसकी आंतरिक स्थिति पर निर्भर करती है; इसमें शरीर के अणुओं और उनकी संरचनात्मक इकाइयों (परमाणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक) की गतिज ऊर्जा, अणुओं में परमाणुओं की अंतःक्रिया ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक की अंतःक्रिया ऊर्जा शामिल होती है... ... बिग पॉलिटेक्निक इनसाइक्लोपीडिया

एक पिंड में शरीर के अणुओं और उनकी संरचनात्मक इकाइयों (परमाणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक) की गतिज ऊर्जा, अणुओं में परमाणुओं की परस्पर क्रिया की ऊर्जा आदि शामिल होती है। आंतरिक ऊर्जा में शरीर की गति की ऊर्जा शामिल नहीं होती है एक संपूर्ण और संभावित ऊर्जा... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

आंतरिक ऊर्जा- ▲ ऊर्जा भौतिक शरीर, राज्य, आंतरिक तापमान आंतरिक ऊर्जा के अनुसार... रूसी भाषा का वैचारिक शब्दकोश

आंतरिक ऊर्जा- सिस्टम की कुल ऊर्जा शून्य क्षमता है, जो सिस्टम पर बाहरी बल क्षेत्रों (गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में) के प्रभाव और चलती प्रणाली की गतिज ऊर्जा के कारण होती है। सामान्य रसायन विज्ञान: पाठ्यपुस्तक / ए. वी. झोलनिन ... रासायनिक शब्द

आधुनिक विश्वकोश

आंतरिक ऊर्जा- शरीर में अणुओं, परमाणुओं, इलेक्ट्रॉनों, नाभिकों की गतिज ऊर्जा शामिल होती है जो शरीर बनाते हैं, साथ ही इन कणों की एक दूसरे के साथ बातचीत की ऊर्जा भी शामिल होती है। आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन संख्यात्मक रूप से शरीर पर किए गए कार्य के बराबर होता है (उदाहरण के लिए, जब... ... सचित्र विश्वकोश शब्दकोश

आंतरिक ऊर्जा- एक थर्मोडायनामिक मात्रा जो सिस्टम में किए गए सभी प्रकार के आंतरिक आंदोलनों की संख्या को दर्शाती है। किसी पिंड की पूर्ण आंतरिक ऊर्जा को मापना असंभव है। व्यवहार में, केवल आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को मापा जाता है... ... धातुकर्म का विश्वकोश शब्दकोश

एक पिंड में शरीर के अणुओं और उनकी संरचनात्मक इकाइयों (परमाणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक) की गतिज ऊर्जा, अणुओं में परमाणुओं की परस्पर क्रिया की ऊर्जा आदि शामिल होती है। आंतरिक ऊर्जा में शरीर की गति की ऊर्जा शामिल नहीं होती है एक संपूर्ण और संभावित ऊर्जा... विश्वकोश शब्दकोश

पुस्तकें

• क्यूई का पथ. आपके शरीर में जीवन की ऊर्जा. व्यायाम और ध्यान, मैथ्यू स्वेगार्ड। संतुलन और आंतरिक सद्भाव हमें जन्म से ही दिया जाता है, लेकिन आधुनिक जीवन हमें आसानी से प्राकृतिक संतुलन से बाहर कर सकता है। कभी-कभी हम जानबूझकर इसका उल्लंघन करते हैं, कहते हैं, बहुत अधिक खाकर...

हमारे आस-पास के सभी स्थूल पिंडों में कण होते हैं: परमाणु या अणु। निरंतर गति में होने के कारण, उनमें एक साथ दो प्रकार की ऊर्जा होती है: गतिज और संभावित और शरीर की आंतरिक ऊर्जा बनाते हैं:

यू = ∑ ई के +∑ ई पी

इस अवधारणा में इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया की ऊर्जा भी शामिल है।

क्या आंतरिक ऊर्जा को बदलना संभव है

इसे बदलने के 3 तरीके हैं:

• गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया के लिए धन्यवाद;
• यांत्रिक कार्य करके;
• रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से.

आइए सभी विकल्पों पर करीब से नज़र डालें।

यदि शरीर द्वारा स्वयं कार्य किया जायेगा तो उसकी आन्तरिक ऊर्जा कम हो जायेगी और जब शरीर पर कार्य किया जायेगा तो उसकी आन्तरिक ऊर्जा बढ़ जायेगी।

बढ़ती ऊर्जा का सबसे सरल उदाहरण घर्षण का उपयोग करके आग बनाने के मामले हैं:

• टिंडर का उपयोग करना;
• चकमक पत्थर का उपयोग करना;
• माचिस का उपयोग करना।

तापमान में परिवर्तन से जुड़ी थर्मल प्रक्रियाएं आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के साथ भी होती हैं। यदि आप किसी पिंड को गर्म करते हैं, तो उसकी ऊर्जा बढ़ जाएगी।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का परिणाम उन पदार्थों का परिवर्तन है जो संरचना और संरचना में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, ईंधन के दहन के दौरान, हाइड्रोजन के ऑक्सीजन के साथ जुड़ने के बाद, कार्बन मोनोऑक्साइड बनता है। जब हाइड्रोक्लोरिक एसिड जिंक के साथ जुड़ता है, तो हाइड्रोजन निकलता है, और हाइड्रोजन के दहन के परिणामस्वरूप जल वाष्प निकलता है।

एक इलेक्ट्रॉन कोश से दूसरे में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण शरीर की आंतरिक ऊर्जा भी बदल जाएगी।

निकायों की ऊर्जा - निर्भरता और विशेषताएं

आंतरिक ऊर्जा शरीर की तापीय अवस्था की एक विशेषता है। पर निर्भर करता है:

• एकत्रीकरण की स्थिति, और उबलने और वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण या संघनन, पिघलने या उर्ध्वपातन के दौरान परिवर्तन;
• शरीर का वजन;
• शरीर का तापमान, कणों की गतिज ऊर्जा की विशेषता;
• एक प्रकार का पदार्थ.

एक मोनोआटोमिक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा

इस ऊर्जा में, आदर्श रूप से, प्रत्येक कण की गतिज ऊर्जा शामिल होती है, जो बेतरतीब ढंग से और लगातार चलती है, और एक विशेष शरीर के भीतर उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा होती है। ऐसा तापमान में बदलाव के कारण होता है, जिसकी पुष्टि जूल के प्रयोगों से होती है।

एक मोनोआटोमिक गैस की आंतरिक ऊर्जा की गणना करने के लिए, समीकरण का उपयोग करें:

जहां, तापमान में परिवर्तन के आधार पर, आंतरिक ऊर्जा बदल जाएगी (बढ़ते तापमान के साथ वृद्धि, और इसके घटने के साथ घट जाएगी)। आंतरिक ऊर्जा राज्य का एक कार्य है।