Cuando piensas en la palabra "energía", probablemente piensas en algo como la energía cinética de un objeto en movimiento, o tal vez la energía potencial que algo podría poseer debido a la gravedad.

Sin embargo, en el microscopio escala, la energía interna que posee un objeto es más importante que estas formas macroscópicas de energía. Esta energía finalmente resulta del movimiento de las moléculas, y generalmente es más fácil de entender y calcular si considera un sistema cerrado que está simplificado, como un gas ideal.
¿Cuál es la energía interna de un sistema?

La energía interna es la energía total de un sistema cerrado de moléculas, o la suma de la energía cinética molecular y la energía potencial en una sustancia. Las energías cinética y potencial macroscópicas no son importantes para la energía interna: si mueve todo el sistema cerrado o cambia su energía potencial gravitacional, la energía interna sigue siendo la misma.

Como cabría esperar para un sistema microscópico, calcular la energía cinética de la multitud de moléculas y sus energías potenciales sería una tarea desafiante, si no prácticamente imposible. Entonces, en la práctica, los cálculos para la energía interna involucran promedios en lugar del proceso minucioso de calcularlo directamente.

Una simplificación particularmente útil es tratar un gas como un "gas ideal", que se supone que no tiene fuerzas intermoleculares. y por lo tanto esencialmente no hay energía potencial. Esto hace que el proceso de calcular la energía interna del sistema sea mucho más simple, y no está lejos de ser preciso para muchos gases.

La energía interna a veces se llama energía térmica, porque la temperatura es esencialmente una medida de la energía interna. energía de un sistema: se define como la energía cinética promedio de las moléculas en el sistema.
Ecuación de energía interna

La ecuación de energía interna es una función de estado, lo que significa que su valor en un momento dado depende de El estado del sistema, no cómo llegó allí. Para la energía interna, la ecuación depende del número de moles (o moléculas) en el sistema cerrado y su temperatura en Kelvins.

La energía interna de un gas ideal tiene una de las ecuaciones más simples:
U \u003d \\ frac {3} {2} nRT

Donde n
es el número de moles, R
es la constante de gas universal y T
es la temperatura del sistema. La constante de gas tiene el valor R
\u003d 8.3145 J mol ^{- 1 K - 1, o alrededor de 8.3 julios por mol por Kelvin. Esto da un valor para U
en julios, como cabría esperar para un valor de energía, y tiene sentido porque las temperaturas más altas y más moles de la sustancia conducen a una energía interna más alta. Primera ley de la termodinámica}

La primera ley de la termodinámica es una de las ecuaciones más útiles cuando se trata de energía interna, y establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor agregado al sistema menos el trabajo realizado por el sistema (o más
el trabajo realizado en el sistema). En símbolos, esto es:
∆U \u003d Q-W

Esta ecuación es realmente simple de trabajar siempre que sepa (o pueda calcular) la transferencia de calor y el trabajo realizado. Sin embargo, muchas situaciones simplifican aún más las cosas. En un proceso isotérmico, la temperatura es constante, y dado que la energía interna es una función de estado, usted sabe que el cambio en la energía interna es cero. En un proceso adiabático, no hay transferencia de calor entre el sistema y sus alrededores, por lo que el valor de Q
es 0, y la ecuación se convierte en:
∆U \u003d -W

Un proceso isobárico es uno que ocurre a una presión constante, y esto significa que el trabajo realizado es igual a la presión multiplicada por el cambio de volumen: W
\u003d P
∆ V
. Los procesos isocróricos ocurren con un volumen constante, y en estos casos W
\u003d 0. Esto deja el cambio en la energía interna igual al calor agregado al sistema:
∆U \u003d Q

Incluso Si no puede simplificar el problema de una de estas maneras, para muchos procesos, no se realiza ningún trabajo o se puede calcular fácilmente, por lo que encontrar la cantidad de calor ganado o perdido es lo principal que debe hacer.