Vidinė energija
Termodinamikoje termodinaminės sistemos arba kūno su aiškiai apibrėžtomis ribomis vidinė energija, žymima U arba kartais E, yra kinetinės energijos, atsirandančios dėl molekulių judėjimo (transliacinės, rotacinės, vibracinės), ir potencinės energijos, susijusios su atomų vibracine ir elektrine energija molekulėse arba kristaluose, suma. Į ją įeina visų cheminių ryšių energija ir metaluose esančių laisvųjų laidžiųjų elektronų energija.
Vidinė energija yra termodinaminis potencialas ir uždaroje termodinaminėje sistemoje, kurioje entropija yra pastovi, ji bus minimizuota.
Taip pat galima apskaičiuoti elektromagnetinės arba juodojo kūno spinduliuotės vidinę energiją. Tai sistemos būsenos funkcija, ekstensyvus dydis. Energijos matavimo vienetas SI yra džauliukas, nors tebenaudojami ir kiti istoriniai, tradiciniai matavimo vienetai, pavyzdžiui, (mažoji ir didžioji) šilumos kalorija. (Klasikinėse maisto produktų etiketėse nurodytos kalorijos iš tikrųjų yra kilokalorijos).
Apžvalga
Į vidinę energiją neįeina viso kūno transliacinė ar sukamoji kinetinė energija. Ji taip pat neapima reliatyvistinio masės ir energijos ekvivalento E = mc2 . Ji neapima jokios potencinės energijos, kurią kūnas gali turėti dėl to, kad yra išoriniame gravitaciniame ar elektrostatiniame lauke, nors potencialioji energija, kurią jis turi lauke dėl indukuoto elektrinio ar magnetinio dipolinio momento, įskaičiuojama, kaip ir kietųjų kūnų deformacijos (įtempių ir deformacijų) energija.
Klasikinės statistinės mechanikos energijos pasiskirstymo principas teigia, kad kiekvienas molekulinis laisvės laipsnis gauna 1/2 kT energijos; šis rezultatas buvo pakeistas, kai kvantinė mechanika paaiškino tam tikras anomalijas, pvz., pastebėtas kristalų savitąsias šilumas (kai hν > kT). Vienatomio helio ir kitų tauriųjų dujų vidinę energiją sudaro tik atskirų atomų transliacinė kinetinė energija. Monatominės dalelės, žinoma, (prasmingai) nesisuka ir nesibruka, ir nėra elektroniniu būdu sužadinamos iki didesnių energijų, išskyrus labai aukštas temperatūras.
Statistinės mechanikos požiūriu, vidinė energija yra lygi visos sistemos energijos ansambliniam vidurkiui.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Koks simbolis naudojamas vidinei energijai žymėti?
A: Vidinei energijai žymėti naudojamas simbolis U arba kartais E.
K: Kokią energijos rūšį apima vidinė energija?
A.: Vidinė energija apima kinetinę energiją, atsirandančią dėl molekulių judėjimo (transliacinio, sukamojo, vibracinio), ir potencinę energiją, susijusią su atomų vibracine ir elektrine energija molekulėse ar kristaluose. Ji taip pat apima visų cheminių ryšių energiją ir laisvus laidumo elektronus metaluose.
Klausimas: Ar vidinė energija yra būsenos funkcija?
Atsakymas: Taip, vidinė energija yra termodinaminis potencialas ir sistemos būsenos funkcija.
K: Koks vienetas naudojamas vidinei energijai matuoti?
A.: Vidinei energijai matuoti naudojamas SI matavimo vienetas - džauliai, nors vis dar naudojami ir kiti istoriniai matavimo vienetai, pavyzdžiui, kalorijos.
K: Kaip entropija veikia vidinę energiją?
A: Uždaros termodinaminės sistemos, kurioje entropija yra pastovi, vidinės energijos bus minimalios.
K: Ar galite apskaičiuoti elektromagnetinės spinduliuotės arba juodojo kūno spinduliuotės vidines energijas?
A: Taip, galima apskaičiuoti elektromagnetinės spinduliuotės arba juodojo kūno spinduliuotės vidines energijas.
K: Ar maisto produktų etiketėse nurodytos kalorijos yra tikslios?
Atsakymas: Ne, maisto produktų etiketėse nurodytos kalorijos nėra tikslios, nes jose iš tikrųjų nurodomos kilokalorijos.
