Notranja energija
V termodinamiki je notranja energija termodinamičnega sistema ali telesa z natančno določenimi mejami, označena z U ali včasih E, vsota kinetične energije zaradi gibanja molekul (translacijskega, rotacijskega, vibracijskega) in potencialne energije, povezane z vibracijsko in električno energijo atomov v molekulah ali kristalih. Vključuje energijo v vseh kemijskih vezeh in energijo prostih prevodnih elektronov v kovinah.
Notranja energija je termodinamični potencial in je za zaprt termodinamični sistem s konstantno entropijo minimalna.
Izračunamo lahko tudi notranjo energijo elektromagnetnega sevanja ali sevanja črnega telesa. To je funkcija stanja sistema, obsežna količina. Enota SI za energijo je džul, čeprav se še vedno uporabljajo druge zgodovinske, konvencionalne enote, na primer (mala in velika) kalorija za toploto. (Kalorije, ki so na klasičnih oznakah živil, so pravzaprav kilokalorije.)
Pregled
Notranja energija ne vključuje translacijske ali rotacijske kinetične energije telesa kot celote. Prav tako ne vključuje relativističnega ekvivalenta mase in energije E = mc2. Ne vključuje nobene potencialne energije, ki jo ima telo zaradi svoje lege v zunanjem gravitacijskem ali elektrostatičnem polju, čeprav se potencialna energija, ki jo ima v polju zaradi induciranega električnega ali magnetnega dipolnega momenta, šteje, prav tako kot energija deformacije trdnih teles (napetost-deformacija).
Načelo izenačitve energije v klasični statistični mehaniki pravi, da vsaka molekularna stopnja svobode prejme 1/2 kT energije, rezultat, ki je bil spremenjen, ko je kvantna mehanika pojasnila nekatere anomalije; npr. pri opazovanih specifičnih temperaturah kristalov (ko je hν > kT). Pri monatomskem heliju in drugih žlahtnih plinih je notranja energija sestavljena le iz translacijske kinetične energije posameznih atomov. Monatomski delci se seveda ne vrtijo ali vibrirajo in niso elektronsko vzbujeni do višjih energij, razen pri zelo visokih temperaturah.
Z vidika statistične mehanike je notranja energija enaka ansambelskemu povprečju celotne energije sistema.
Vprašanja in odgovori
V: Kakšen simbol se uporablja za označevanje notranje energije?
O: Za označevanje notranje energije se uporablja simbol U ali včasih E.
V: Katero vrsto energije vključuje notranja energija?
O: Notranja energija vključuje kinetično energijo zaradi gibanja molekul (translacijskega, rotacijskega, vibracijskega) ter potencialno energijo, povezano z vibracijsko in električno energijo atomov v molekulah ali kristalih. Vključuje tudi energijo v vseh kemijskih vezeh in proste prevodne elektrone v kovinah.
V: Ali je notranja energija funkcija stanja?
O: Da, notranja energija je termodinamični potencial in funkcija stanja sistema.
V: Katera enota se uporablja za merjenje notranje energije?
O: Enota SI za merjenje notranje energije je džul, čeprav se še vedno uporabljajo druge zgodovinske enote, kot so kalorije.
V: Kako entropija vpliva na notranjo energijo?
O: V zaprtem termodinamičnem sistemu, ki ima konstantno entropijo, so njegove notranje energije minimalne.
V: Ali lahko izračunate notranje energije elektromagnetnega sevanja ali sevanja črnega telesa?
O: Da, notranje energije elektromagnetnega sevanja ali sevanja črnega telesa je mogoče izračunati.
V: Ali so oznake na živilih točne, ko navajajo kalorije?
O: Ne, oznake na živilih niso točne, ko navajajo kalorije, ker se dejansko nanašajo na kilokalorije.
