내부 에너지에는 분자의 동역학 에너지뿐만 아니라 분자 사이의 모든 화학적 결합에 저장된 에너지가 포함됩니다. 열, 작업 및 내부 에너지의 상호 작용으로 인해 시스템이 변경 될 때마다 에너지 전송 및 변환이 발생합니다. 그러나 이러한 전송 중에는 순 에너지가 생기거나 손실되지 않습니다.
작업은 힘에 대해 무언가를 움직이는 데 필요한 에너지의 양입니다.
시스템의 에너지는 작업 및 열과 같은 다른 형태의 에너지 전달을 통해 변경 될 수 있습니다.
가스는 방정식에 따라 확장하거나 압축하여 작동합니다.
작업 =-pΔv
Joule은 내부 에너지 측정 단위입니다 (J).
U는 내부 에너지를 나타내는 데 사용됩니다.
ΔU =Q+W (Q → 열, W → 작업)
ΔU =Q + (-pΔv)
열역학의 첫 번째 법칙
에너지 원칙의 보존은 열과 작업이 에너지 전달 방법 인 열 평형의 시스템에 대해 언급 된 열역학의 첫 번째 법칙입니다. 순 열전달 또는 Q는 시스템 내외부의 모든 열 전달의 총계입니다. 시스템으로의 순 열전달의 경우 Q는 양수입니다. W는 시스템에서 수행하는 총 작업량을 나타냅니다. 시스템이 그 자체보다 더 많은 작업을 수행하면 W는 긍정적입니다. 열역학의 첫 번째 법칙 인 ΔU =Q+W는 시스템의 내부 에너지 U, 열과 작업의 변화와 관련이 있습니다.
시스템의 내부 에너지는 주변 환경에서 작동하면 감소합니다. 시스템에서 작업이 수행되면 시스템의 내부 에너지가 증가합니다. 열과 같은 작업에서의 에너지 변화는 항상 프로세스의 일부로 발생합니다. 시스템은 작동 할 수 있지만 포함하지는 않습니다.
가스는 일정한 외부 압력에 대해 팽창하거나 압축하여 작업을 수행 할 수 있습니다. 기체 작업을 압력-볼륨 (또는 PV) 작업이라고도합니다.
예를 들어, 가스가 가열되면 가스 분자에 에너지를 추가합니다. 가스의 온도가 어떻게 상승하는지 관찰함으로써, 우리는 분자의 평균 운동 에너지가 어떻게 증가하는지 알 수 있습니다. 가스 분자가 더 빨리 움직이면 피스톤과 더 자주 충돌합니다. 이러한 빈번한 충돌은 피스톤으로 에너지를 전달하여 외부 힘으로 이동하여 가스의 전체 부피를 증가시킵니다.
내부 에너지 표지판 :
- 열이 흡수되고 Q> 0이므로 시스템으로 들어가는 에너지는 양수 (+)입니다. 결과적으로 시스템에서 작업이 수행됩니다. w> 0.
- 시스템을 떠나는 에너지는 음수 (-)로, 시스템이 열, Q <0을 방출하고 W <0. 를 수행한다는 것을 암시합니다.
일정한 부피 환경에서 작동합니다 (등조 공정)
동시대 과정은 일정한 부피에서 발생합니다. 반응이나 과정은 때때로 폭탄 열량계와 같은 단단하고 밀봉 된 용기에서 발생할 수 있습니다. ΔV =0이므로 부피의 변화가 없을 때 가스가 작동하는 것은 불가능합니다. 이 경우 작업 =0이며 시스템의 에너지는 열과 같은 다른 수단을 통해 변경되어야합니다. 예를 들어 공기 만 포함하는 닫힌 주석 용기는 화재에 던져 질 수 있습니다. 대략적인 아이디어를 제공하기 위해 가스는 온도와 압력 증가로 입증 된 것처럼 용기를 확장하는 대신 내부 에너지를 얻게됩니다.
수학적으로, ΔQ =ΔU.
일정한 압력 환경에서 작동합니다 (등조 공정)
등소 바릭 과정은 일정한 압력에서 발생합니다. 압력이 일정하므로, 가해지는 힘은 일정하고 수행 된 작업은 PΔV로 제공됩니다. 예를 들어, 실린더의 움직일 수있는 피스톤은 실린더 내부의 압력이 대기에서 분리되어 있음에도 불구하고 항상 대기압에 도달하도록합니다. 다시 말해, 시스템은 움직일 수있는 경계를 통해 일정한 압력 저장소에 동적으로 연결됩니다. 가스가 일정한 압력으로 팽창하는 경우, 열은 주어진 속도로 시스템으로 전달되어야합니다.
이상적인 가스의 내부 에너지 :
이상적인 가스의 개념은 열역학에서 교육 도구로서 작업 시스템의 대략적인 근사치로 자주 사용됩니다. 이상적인 가스는 탄성 충돌을 통해서만 상호 작용하는 포인트 물체의 가스이며 직경보다 훨씬 큰 충돌 사이의 평균 자유 경로로 볼륨을 채 웁니다. 모나상 가스, 헬륨 및 기타 고귀한 가스는 이러한 시스템에 의해 근사됩니다. 이 경우 개별 원자의 번역 에너지만이 운동 에너지를 구성합니다. 모나상 입자는 회전하거나 진동하지 않기 때문에 전자적으로 더 높은 에너지로 확장 될 수 없습니다. 그들이 고온으로 가열 될 때까지.
결과적으로 운동 에너지의 변화는 이상적인 가스의 내부 에너지 변화를 설명하는 유일한 방법입니다. 운동 에너지는 완벽한 가스의 내부 에너지이며 압력, 부피 및 열역학적 온도에 의해 완전히 결정됩니다.
이상적인 가스의 내부 에너지는 u =cnt.
입니다결론
열역학의 첫 번째 법칙에 따르면, 열과 작업의 변화로 인한 내부 에너지의 변화가 있습니다. 시스템이 작업 만 관련된 프로세스의 결과로 상태를 변경하면 작업은 내부 에너지의 변화와 같습니다. 시스템의 상태 변화가 열과 작업을 모두 포함하는 경우, 내부 에너지 변화는 법에 따라 시스템에 의해 수행 된 작업을 뺀 시스템으로 전달 된 열과 동일합니다.
