Як знайти внутрішню енергію?

Що таке внутрішня енергія та як її знайти

Внутрішня енергія — це одна з найважливіших характеристик будь-якої фізичної системи. Вона включає в себе суму кінетичної енергії, пов’язаної з хаотичним рухом молекул, і потенціальної енергії, яка виникає через взаємодію цих молекул між собою. Іншими словами, внутрішня енергія — це вся енергія, «схована» всередині тіла, окрім механічної енергії як цілого.

Ця енергія залежить від стану системи, а не від шляху, яким система до нього дійшла. Тобто, внутрішня енергія, функція стану. Її можна виразити як U = f(p, V, T), де p, тиск, V, об’єм, T, температура. Це означає, що для визначення внутрішньої енергії достатньо знати ці макроскопічні параметри.

Для ідеального газу внутрішня енергія залежить лише від температури, оскільки у нього не враховується потенціальна енергія взаємодії молекул. Однак у реальних речовинах, рідинах чи твердих тілах, об’єм і тиск також відіграють важливу роль.

Зміну внутрішньої енергії можна виміряти експериментально, наприклад, через кількість переданого тепла або виконану роботу, за першим законом термодинаміки. Але повне значення U визначається відносно певного вибраного стану, часто, абсолютного нуля.

Розуміння внутрішньої енергії допомагає пояснити, чому тіла нагріваються, плавляться або змінюють стан, усе це відбувається через зміну їхньої внутрішньої структури на молекулярному рівні.