Внутренняя энергия, работа и теплота

Энергия – это количественная мера движения материи. Каждому виду движения материи соответствует свой вид энергии.

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает некоторой энергией: кинетической энергией системы как целого, потенциальной энергией во внешнем поле сил и внутренней энергией. В термодинамике обычно рассчитывают макроскопически неподвижные системы, не подверженные действию внешних полей. Для таких систем значения полной и внутренней энергии совпадают. Поэтому понятие внутренней энергии является одним из основных в термодинамике.

Внутренняя энергия системы U равна сумме всех видов энергий движения и взаимодействия частиц, составляющих данную систему. Например, внутренняя энергия газообразной системы включает в себя:

· кинетическую энергию поступательного и вращательного движения молекул;

· кинетическую энергию колебательного движения атомов в молекуле;

· потенциальную энергию взаимодействия молекул и атомов внутри молекулы;

· энергию электронных оболочек атомов;

· энергию движения и взаимодействия нуклонов в ядрах атомов.

Внутренняя энергия – однозначная функция состояния системы, ее значение не зависит от того, каким образом система пришла в данное состояние, т.е. не зависит от вида процесса перехода.

Подобно потенциальной энергии в механике внутренняя энергия может быть количественно определена только с точностью до постоянного слагаемого U ₀, зависящего от выбора «начала отсчета» внутренней энергии, т.е. от выбора состояния, в котором внутреннюю энергию системы принимают равной нулю. Однако значение U ₀несущественно, так как в термодинамических расчетах приходится определять не абсолютное значение U _, а не зависящее от U ₀ изменение этой энергии D U в различных термодинамических процессах. По той же причине под внутренней энергией обычно понимают те ее составляющие, которые изменяются в рассматриваемых процессах. Так, например, в дальнейшем мы будем касаться процессов, не сопровождающихся изменением электронных оболочек атомов и внутриядерной энергии.

Под внутренней энергией газа будем понимать энергию теплового движения (поступательного и вращательного) молекул и потенциальную энергию их взаимодействия.