Belső energia - studopediya
„Az energia a világ állandó.” Clausius 1865
A belső energia bármely rendszer van egy közös kvantitatív mértéke minden mozgását, és az összes kölcsönhatások a rendszer és a környezetvédelmi (külső) környezetek: mechanikai, atomi, molekuláris, elektromos, mágneses, és mások. A klasszikus elméletek a fizikai energia folyamatosan változik, és bármilyen értéket felvehet, és a diszkrét energiaszinteket a hullám (kvantummechanikai).
Az elsõ tétel (a törvény) termodinamika határozza meg a belső egyensúly az energia bármely rendszer és eljárás. Ezzel összhangban posztulátum energia belső bármelyik rendszerben nem tette, hogy csak akkor nyilvánul meg a különböző formákban (hő vagy melegség, mechanikai megmunkálás, kémiai energia, az energia a mechanikai, elektromos és mágneses mezők, atomenergia), és képes arra, hogy kicseréljék a külső közepes vagy alakíthatjuk az egyik formából a másikba, miközben a teljes egyensúly. Például, az izolált rendszer hiányában egy cserét a külső környezet, az energiamegmaradás azt jelenti, hogy a belső energia állandó marad. Ezért mondja Clausius fenti igaz, ha azt feltételezzük, hogy a világegyetem egy elszigetelt rendszert. Teljes belső energia U bármely rendszer lehet felvette véletlenszerűen kiválasztott távon U0. U = U + U0. és a teljes változása (az integrál a teljes eltérés) függ csak a kezdeti és a végső államok és független a közötti átmenet ezek az államok (path integráció). Következésképpen, például a hőmérséklet-függését a belső energia egy adott térfogata és összetétele lehet meghatározni, mint az élet a különbség, és egy előre meghatározott standard körülmények között:
ahol - a moláris fajhő állandó térfogaton és összetétele, T0 - standard hőmérsékleten állapotban (összehasonlítás feltétel). Ebben az esetben a rendszer energia változás egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű változás a környezet energia.
A klasszikus egyensúlyi termodinamika a belső energia-egyensúly bármilyen rendszer figyelembe veszi a két komponens (formák, faj) az energia, amely hozzájárul az átviteli, változás vagy átalakulás: teplotuQ és munka W.
A Q hő formájában történő energia átvihető belül és kívül a rendszer (csere a környezetet), és alakítjuk dolgozni ekvivalens arányban, egy egyetemes érték. A fizika, ez tekinthető a hőenergiát, amely kinetikus energiát rendezetlen (atomi molekuláris termikus) mozgását a rendszerben, egyenesen arányos a hőmérséklet: jelenti a kinetikus (termális) energiával a részecskék a rendszerben, és lehet továbbítani az egyik test a másik (megosztás a rendszeren belül, vagy a környező közepes) hővel és hőátadást a mechanizmusa hővezetés, konvekció és / vagy sugárzó hő:
Hővezető képesség - a hőátadási folyamatot objektumok között, amikor a közvetlen érintkezés vagy a hőátadás az objektumban miatt az ütközés az atomok vagy molekulák, így a felesleges energia általuk továbbított egymáshoz.
Konvekció - ez a folyamat hőátadás a mozgás során a folyadék részecskék vagy gáz (folyadék) képest egy tömegközéppont.
Termikus sugárzás - a hőátadást egyik testből a másikba anélkül, hogy közvetlen kapcsolatba közéjük, beleértve a vákuum, elektromágneses hullámok különböző hullámhosszú (energia sűrűsége és intenzitása a termikus sugárzás arányos a hőmérséklet a 4. fokozatot - Stefan-Boltzmann törvény). Ennek egyik példája az átviteli napenergia az űrben, hogy a Földet.
RabotaW. rendszer, amely lehet előállítani van osztva által végzett munka ellen külső nyomás változó mennyiségű (Dwr = -pdV), amely főként látható a klasszikus egyensúlyi termodinamika, és más típusú által végzett munka a rendszer, amikor (WHO) cselekvési rajta (a ez) mechanikai erők, elektromos vagy mágneses mezők. Ebben az esetben a munkát, amelyet a rendszer hatása alatt (szemben) a külső erők, beleértve a külső nyomást, amikor a hangerő megváltoztatása, negatívnak tekintjük, és az elvégzett munka belső erők - pozitív. Így, amikor mechanikai feszültség alá kerülnek (# 963;) a rendszer működését okozta fejlődése törzs (# 955;), jelenlétében egy elektromos mező intenzitás E dielektromos rendszerek - változó elektromos dipólmomentum (polarizáció P), és jelenlétében mágneses mező mágneses rendszerek a szilárdság H - variáció a mágneses dipólus momentum M (mágnesezettség), illetve, és minden esetben a munka negatív: dW # 963; = - # 963; d # 955;, DWE = -EdR és DWN = -NdM. A jelenlétében a felület a fázisváltó felületének dA fázisszétválasztás a heterogén specifikus határfelületi energia rendszerek # 947; a munka fordított a rendszerben, a kezelőfelület terület pozitív és egyenlő DWA = # 947; dA. Összefoglalva, a munka ellen a külső erők felírható az összessége algebrai munka: dW =, ami Fi - általánosított erő, és ai - adjoint neki paraméter jellemző reakció ezt az erőt. A fenti példákban, Fi - p, # 963;, E. és H # 947;. és ai - V, # 955;, P, M és A és dW = - (DWR + dW # 963; + DWE DWN +) + DWA.
Mindezek a fogalmak alkalmazható bármilyen izolált és zárt rendszerű, amelynek összetétele nem változik, vagy megváltozik egy kémiai vagy nukleáris reakciókat. Azonban, nyitott rendszerekben, ahol létezik egy csere a környezetet, nem csak az energia hő vagy munka, de az anyag, a változás a belső energia okozhatja, mint részecskefolyam (molekulák, ionok, stb) az anyag a rendszerben, és / vagy a rendszer dUvesch .Naprimer érték, amikor át a díjak q egy potenciális különbség # 934;. dUq = # 934; dq. Ezért általában a teljes változás belső energia (általánosított formája az 1. főtétele) homogén rendszerek hiányában a szemcsehatárok, és ennek következtében, a munka DWA kifejezve:
Amint azt fent említettük, a belső energia U, hogy egy állapotának függvényeként a rendszer függ csak a kezdeti és a végső államok és független a közötti átmenet ezen állapotok. A hő Q W irabota állami funkciók nem, mivel az értékek eltérőek a különböző módszerek energiaátalakítási folyamat vagy ugyanazon a kezdeti és a végső állapotok a rendszer. Ennek megfelelően, a változás a belső energia olyan eljárásban Du egy teljes eltérés (infinitezimális különbség), és a hőmennyiség, amely a rendszer kicserélt a környezettel a folyamat során, és a munka, hogy az előállított elleni külső erők „teljes” differenciálművek # 273; Q és # 273; W (infinitezimális összegek, amelyek változnak át egy kis idő dt tekintve a hőátadás és a kinetika erők COMMIT művelet, sorrendben). Matematikailag ez következik az elmélet a funkciók több változók, amelyek esetében a teljes eltérés van kifejezve, mint a részek összessége, például, dU = dQ-DW + dUvesch Így a teljes eltérés az integrál nem függ az integráció útján, és az integrálok egyes szempontjából az összege a komponensek függnek az integráció útján, azaz tudnak vállalni bármilyen értéket megváltoztatásával „laza” változók. Ezért azok nem teljes különbségek, és ezek az úgynevezett funkcionálok.