Enerxía interna

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

A enerxía interna (U) dun sistema, é o resultado da enerxía cinética das moléculas ou átomos que o constitúen, das súas enerxías de rotación e vibración, ademais da enerxía potencial intermolecular debida ás forzas de tipo gravitatorio, electromagnético e nuclear, que constitúen conxuntamente as interaccións fundamentais. Intenta ser un reflexo da enerxía a escala microscópica, sen incluír a enerxía cinética translacional ou rotacional do sistema como un todo nin a enerxía potencial que o corpo poida ter pola súa localización nun campo gravitacional ou electrostático externo. Nese caso falamos de entalpía.

  • Nun gas ideal monoatómico chega con considerar a enerxía cinética de translación das súas moléculas.
  • Nun gas ideal poliatómico debemos considerar ademais a enerxía vibracional e rotacional das mesmas.
  • Nun líquido ou sólido deberemos contar tamén coa enerxía potencial que representan as interaccións moleculares.
  • Ó aumentar a temperatura dun sistema, sen que varíe nada máis, aumenta a súa enerxía interna.

Convencionalmente, cando se produce unha variación da enerxía interna sen que se modifique a composición química do sistema, fálase de variación da enerxía interna sensible. Se se produce alteración da estrutura atómica-molecular, como ocorre nunha reacción química, fálase de variación da enerxía interna química. Nas reaccións de fisión e fusión fálase de enerxía interna nuclear.

En todo sistema illado (que non pode intercambiar enerxía co exterior), a enerxía interna consérvase (Primeiro Principio da Termodinámica). Ademais, neste tipo de sistemas, a variación total da enerxía interna é igual á suma das cantidades de enerxía comunicadas ao sistema en forma de calor e de traballo  \Delta U = Q + W. Aínda que a calor transmitida depende do proceso en cuestión, a variación de enerxía interna é independente do proceso, só depende do estado inicial e final, polo que se di que é unha función de estado. Por esta mesma razón dU é unha diferencial exacta, contrapoñéndose a \partial Q, que depende do proceso.

Ecuación fundamental[editar | editar a fonte]

En termodinámica dedúcese a existencia dunha ecuación da forma

U=U(S,V,N) \qquad

coñecida como a ecuación fundamental.[1]

A importancia da mesma radica en que concentra nunha soa ecuación toda a información termodinámica dun sistema. A obtención de resultados concretos a partir dela é pois un proceso sistemático. Se calculamos a súa diferencial:

dU=\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right) dS +\left(\frac{\partial U}{\partial V}\right) dV +\left(\frac{\partial U}{\partial N}\right) dN

defínense as súas derivadas parciais como:

Como T, P e \mu son derivadas parciais de U, serán funcións das mesmas variables que U:

T=T(S,V,N) \qquad P=P(S,V,N) \qquad \mu=\mu(S,V,N)

Estas relacións coñécense como ecuacións de estado.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Biel, J. Formalismo y métodos de la termodinámica (Vol 1).Granada, 1987. ISBN 641-1986 .(Capítulo 9).