Εσωτερική Ενέργεια

Τι εννοούμε όταν λέμε εσωτερική ενέργεια ενός αερίου ; Το άθροισμα των ενεργειών των μορίων που το αποτελούν ;

Δηλαδή θα συμπεριλάβουμε την δυναμική ενέργεια των μορίων λόγω ύψους ;

Θα μας απασχολήσει η κινητική ενέργεια λόγω της κίνησης που βλέπετε ;

Θα μας απασχολήσει η ενέργεια των ηλεκτρονίων ;

Θα μας απασχολήσει η ασύλληπτα μεγάλη ενέργεια που οφείλεται στις πυρηνικές δυνάμεις ;

Τι σχέση έχουν οι παραπάνω ενέργειες με την θέρμανση του αερίου ; Οι ενέργειες που επηρεάζονται είναι : Η κινητική ενέργεια των μορίων λόγω μεταφορικής κίνησης ως προς το δοχείο. Η κινητική ενέργεια των μορίων λόγω της περιστροφής τους. Η ενέργεια των μορίων λόγω ταλάντωσής τους. Η δυναμική ενέργεια των μορίων λόγω έλξεων μεταξύ τους.

Αν θεωρήσουμε τα μόρια πλήρως ελαστικά υλικά σημεία μη ελκόμενα μεταξύ τους τότε σαν εσωτερική ενέργεια θα θεωρήσουμε το άθροισμα των κινητικών τους ενεργειών. Την συμβολίζουμε με το γράμμα U.

Η εσωτερική ενέργεια εξαρτάται από την θερμοκρασία και …

Έργο

Το αέριο λόγω της πίεσής του ασκεί δύναμη στο έμβολο… Κατά την εκτόνωση… Παράγεται έργο από το αέριο. Θεωρούμε το έργο W θετικό.

Κατά την συμπίεση… Προσφέρεται έργο στο αέριο. Θεωρούμε το έργο W αρνητικό.

Υπολογισμός έργου

Αν η πίεση είναι σταθερή… Όπου Α η διατομή.

Αν η πίεση δεν είναι σταθερή θεωρούμε στοιχειώδη μεταβολή όγκου dV. Η πίεση θεωρείται σταθερή στην τιμή P οπότε :

P V V V + dV Δηλαδή το dW είναι ίσο με το εμβαδόν : Αν θέλω τον υπολογισμό του ολικού έργου …. V P V V + dV

Εφαρμογή Βρείτε το έργο κατά τις ΑΒ , ΒΓ, ΑΒΓ και ΓΒΑ.

Θερμότητα Όταν ένα θερμό σώμα έρχεται σε επαφή με ένα ψυχρότερο … Πίστευαν ότι μια ουσία , το φλογιστόν , ρέει από το θερμό στο ψυχρό. Η ροή συνεχίζεται μέχρις ότου τα σώματα αποκτήσουν την ίδια θερμακρασία. Σήμερα δεν μιλάμε για κάποιο υλικό αλλά για μια μορφή ενέργειας , την θερμότητα , που ρέει ( αυθόρμητα ) από το σώμα μεγάλης θερμοκρασίας στο σώμα μικρής θερμοκρασίας.

m Σε σώμα μάζας m προσφέρουμε θερμότητα Q. Η θερμοκρασία του αυξάνεται κατά ΔΤ. Η σταθερά c ονομάζεται ειδική θερμότητα και εξαρτάται από το υλικό. Για το νερό ισχύει :

Γνωρίζουμε ότι : Συμβολίζουμε : Και την ονομάζουμε ειδική γραμμομοριακή θερμότητα.

Ένα αέριο μπορεί να θερμανθεί ποικιλοτρόπως Ένα αέριο μπορεί να θερμανθεί ποικιλοτρόπως. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι δύο. Θέρμανση υπό σταθερόν όγκο. Θέρμανση υπό σταθερή πίεση.

Θα δούμε ότι : Και ότι : Συμβολίζουμε :

Το πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα

Προσφέρουμε θερμότητα Q σε αέριο. Αν ΔU η μεταβολή της εσωτερικής του ενέργειας και W το έργο που παράγει τότε :

Q > 0 αν προσφέρεται θερμότητα στο αέριο και Q < 0 αν απάγεται. ΔU > 0 αν αυξάνεται η εσωτερική ενέργεια του αερίου και ΔU< 0 αν μειώνεται. W > 0 αν το αέριο παράγει έργο και W < 0 αν προσφέρεται έργο στο αέριο.