Embedded Files
Στο σχήμα, ένα αέριο βρίσκεται μέσα σε κύλινδρο με αμετακίνητα τοιχώματα (το έμβολο του κυλίνδρου συγκρατείται αμετακίνητο). Ας θεωρήσουμε ότι θερμαίνουμε εξωτερικά τον κύλινδρο, οπότε θα έχουμε μετάδοση θερμότητας στο αέριο. Είναι φανερό ότι στην περίπτωση αυτή δεν παίρνουμε μηχανικό έργο.
Τι έγινε όμως η θερμότητα που προσδόθηκε στο αέριο;
Σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ενέργειας, η θερμότητα που δόθηκε δεν μπορεί να χάθηκε. Η θερμότητα αυτή αποθηκεύτηκε μέσα στο αέριο. Μπορούμε λοιπόν να μιλάμε για ένα μέγεθος που εκφράζει την αποθηκευμένη ενέργεια μέσα σε ένα αέριο.
Το μέγεθος αυτό το ονομάζουμε εσωτερική ενέργεια και το συμβολίζουμε με U. Αν πάμε σε μικροσκοπικό επίπεδο, η ενέργεια αυτή εκφράζει την κινητικότητα των μορίων του αερίου και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους.
Η εσωτερική ενέργεια είναι καταστατικό μέγεθος, γιατί η τιμή της εξαρτάται από την κατάσταση στην οποία βρίσκεται ένα σύστημα και όχι από το δρόμο που ακολουθήθηκε για να φτάσει το σύστημα στην κατάσταση αυτή. Στην πράξη, μας ενδιαφέρει περισσότερο όχι η απόλυτη τιμή της εσωτερικής ενέργειας όσο οι αυξομειώσεις της. Στο προηγούμενο σχήμα για παράδειγμα, είχαμε αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του αερίου.
Το ότι η θερμότητα που προσδόθηκε στο αέριο αποθηκεύτηκε υπό μορφή εσωτερικής ενέργειας μπορούμε εύκολα να το καταλάβουμε, αν παύσουμε να παρέχουμε θερμότητα και παύσουμε επίσης να εμποδίζουμε τη μετακίνηση του εμβόλου του σχήματος. Τότε το έμβολο μετακινείται άμεσα προς τα πάνω και παίρνουμε μηχανικό έργο.
Στο σχήμα το έμβολο έχει μετακινηθεί από την αρχική του θέση προς τα πάνω και μας έδωσε μηχανικό έργο (W), χωρίς εμείς να του δώσουμε θερμότητα.
Από πού λοιπόν προήλθε αυτό το έργο;
Έγινε με δαπάνη της εσωτερικής ενέργειας του αερίου. Στην περίπτωση αυτή δηλαδή θα έχουμε μείωση της εσωτερικής ενέργειας.
Συμπέρασμα
Τα μόρια των αερίων λόγω της κίνησής τους έχουν ενέργεια, η οποία είναι δυναμική και κινητική. Η ενέργεια αυτή οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως η ταλάντωση και η μεταφορά των μορίων, οι δυνάμεις Van der Waals (Βάϊντερ Βάλς) που ασκούνται μεταξύ των μορίων, η κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα ή η ενέργεια των συστατικών του πυρήνα. Υφίστανται δηλαδή ένα σύνολο διαφόρων ενεργειών που το άθροισμά τους αποτελεί την εσωτερική ενέργεια των αερίων.
Η Εσωτερική ενέργεια υφίσταται στα υλικά όχι μόνο στην αέρια αλλά και στη στερεή και στην υγρή κατάστασή τους.
Γενικά ονομάζεται «εσωτερική ενέργεια U σώματος, το σύνολο των ενεργειών κάθε μορφής που έχουν τα άτομα και τα μόρια του σώματος»
Γενικά ονομάζεται «εσωτερική ενέργεια U σώματος, το σύνολο των ενεργειών κάθε μορφής που έχουν τα άτομα και τα μόρια του σώματος»
Η ονομασία εσωτερική ενέργεια δόθηκε σε αντιδιαστολή με τη μηχανική ενέργεια του σώματος, που είναι το άθροισμα της δυναμικής ενέργειας από τη θέση και της κινητικής ενέργειας από την κίνηση του σώματος.
Στα προβλήματα θερμότητας, η απόλυτη τιμή της εσωτερικής ενέργειας των σωμάτων δεν έχει έννοια, σημασία έχουν μόνο οι διαφορές αυτής. Η ενέργεια των περιφερόμενων ηλεκτρονίων και των συστατικών του πυρήνα δε μεταβάλλεται, γι’ αυτό στους υπολογισμούς η ενέργεια αυτή δε λαμβάνεται υπόψη.
Σύμφωνα με τα παραπάνω, καθημερινά γίνεται πολλές φορές σύγχυση της έννοιας εσωτερική ενέργεια με την έννοια θερμότητα.
Όταν λέγεται ότι ένα σώμα περιέχει θερμότητα, στην πραγματικότητα εννοείται η εσωτερική ενέργεια του σώματος. Γενικά ονομάζεται θερμότητα η ενέργεια που προσφέρεται ή αφαιρείται από ένα σώμα εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας και έχει έννοια μόνο εφόσον διαρκεί η ροή της ενέργειας. Όταν παύσει η ροή δεν έχει νόημα η αναφορά σε θερμότητα που περιέχεται στο σώμα αλλά μόνο η προσφερόμενη ή αφαιρούμενη θερμότητα.
Μονάδες μέτρησης της Εσωτερικής Ενέργειας
Μονάδες μέτρησης της Εσωτερικής Ενέργειας
Μονάδα μέτρησης της εσωτερικής ενέργειας στο S.I. είναι το Joule.
Συνήθως μας ενδιαφέρει περισσότερο η εσωτερική ενέργεια ανά μονάδα μάζας. Το μέγεθος αυτό ονομάζεται ειδική εσωτερική ενέργεια, συμβολίζεται με u και μετριέται (στο S.I.) σε J/kg.
Άλλες μονάδες που χρησιμοποιούνται είναι το kcal/kg και το BTU/lb.
Google Sites
Report abuse