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Energia interna em termodinâmica

Energia interna em termodinâmica

Em termodinâmica, a energia interna do sistema é chamada de energia total que um sistema termodinâmico contém. 

Esta energia pode ser modificada exercendo trabalho sobre ela ou por transferência de energia (entrada de calor).

A primeira lei da termodinâmica postula que o aumento da energia interna é igual ao calor total adicionado mais o trabalho realizado pelo ambiente. Aplicando o primeiro princípio da termodinâmica: se o sistema é isolado, ele permanece constante.

A energia interna é uma função do estado do sistema. Ou seja, seu valor depende apenas do estado atual do sistema e não do caminho escolhido para chegar lá. É uma propriedade extensa.

A unidade de medida, segundo o Sistema Internacional, é o joule (J).

Às vezes falamos sobre energia interna específica. É a energia interna por unidade de massa; sua unidade é J / kg. Também pode ser definida a propriedade intensiva de energia interna do molar, que expressa a energia interna em relação à quantidade de substância; suas unidades são J / mol.

Explicação em escala microscópica

Em uma escala microscópica, esta forma de energia inclui a cinética interna e a energia potencial:

  • A energia cinética interna que é a soma das energias cinéticas de cada elemento de um sistema em relação ao seu centro de massa. (traduções, rotações e vibrações de átomos e elétrons).

  • A energia potencial interna. Ou seja, a energia potencial associada a cada uma das interações desses elementos. Está associado aos constituintes estáticos da matéria.

Como isso se relaciona com os gases ideais?

A termodinâmica geralmente usa o conceito de gás ideal. Este conceito é uma aproximação dos sistemas reais que são usados ​​para fins educacionais.

O gás ideal é um gás de partículas consideradas como objetos pontuais que interagem apenas por colisões elásticas. Aqui, a energia cinética consiste apenas na energia translacional dos átomos individuais.

Portanto, mudanças de energia interna em um gás ideal só podem ser descritas por mudanças em sua energia cinética. Nesse caso, a energia depende apenas de sua pressão, volume e temperatura termodinâmica. O valor é proporcional à sua massa (número de moles), à sua temperatura e ao calor específico a volume constante do gás. 

Como a energia interna é medida?

A medição direta não é possível. Sua variação é medida e expressa por ΔU.

Essa variação pode ser encontrada medindo a energia térmica, a energia da luz ou energias semelhantes transmitidas. Você também pode calcular a quantidade de trabalho realizado pelo sistema ou trabalho realizado no sistema.

Quando um sistema termodinâmico transfere energia na forma de calor para outro sistema, a energia interna dos dois sistemas varia. Além disso, outras de suas variáveis ​​de estado podem ser alteradas.

Se houver alteração na estrutura atômica ou molecular, há variação na energia química interna. Por exemplo, o caso de reações químicas ou mudança de estado.

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Data de publicação: 4 de abril de 2017
Última revisão: 30 de agosto de 2020