Внутренняя энергия

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Полная энергия системы включает:

1) энергию направленного перемещения системы в пространстве как целого;

2) энергию системы в гравитационном и электромагнитном полях;

3) внутреннюю энергию системы U.

В химии рассматривают неподвижные системы в постоянном внешнем поле. В таких условиях изменение энергетического состояния системы определяется изменением её внутренней энергии U.

Внутренняя энергия U есть сумма кинетической

S Е_кин. и потенциальной S Е_пот. энергии всех микрочастиц системы.

U = S Е_кин. + S Е_пот.

Кинетическая энергия как составляющая часть внутренней энергии – это энергия различного вида движения микрочастиц системы. Потенциальная энергия как составляющая внутренней энергии – это энергия межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействия.

Например, нагревание жидкой воды до температуры кипения увеличивает кинетическую энергию системы (скорость движения молекул). Когда жидкость кипит при постоянной температуре и давлении (р,Т = const), кинетическая энергия не увеличивается, несмотря на то, что нагреватель продолжает передавать энергию в форме теплоты системе (жидкость – пар). Энергия нагревателя расходуется на увеличение потенциальной энергии S Е_пот. пара, равной теплоте испарения Q_исп.. Для отрыва молекул с поверхности жидкости требуется затратить энергию нагревателя, чтобы преодолеть силы межмолекулярного сцепления в жидкой воде. Температура не будет изменяться, пока не испарится последняя капля жидкости.

Химическая реакция, например реакция горения водорода в кислороде в калориметрической бомбе, позволяет превратить потенциальную энергию (энергию притяжения и отталкивания химически связанных атомов в молекулах) в кинетическую энергию (энергию движения молекул продуктов реакции).

Важным свойством идеального газа является независимость его внутренней энергии от объема и давления

и .

Этот факт экспериментально был доказан Джоулем. Из опытов Джоуля следует, что внутренняя энергия идеального газа является функцией только температуры:

. (4.7)

Если система в начальном состоянии обладала внутренней энергией U₁ при температуре Т₁ и перешла в конечное состояние U₂ при температуре Т₂, то изменение внутренней энергии будет определяться разностью:

DU = U₂ - U₁ (4.8)

Теплота