Vnitřní energie plynu

Jak víte, každé tělo má svou vlastní jedinečnou strukturu, která je určena jeho chemickým složením a strukturou. V tomto případě jsou částice, které vytvářejí tuto strukturu, mobilní, interagují navzájem a v důsledku toho mají určité množství vnitřní energie. V pevných látkách jsou vazby částic, které tvoří strukturu těla, silné, takže jejich vzájemné působení s částicemi, které tvoří strukturu jiných těles, je obtížné.

Vypadá úplně jinak v kapalinách nebo plynech, kde molekulární vazby jsou slabé, a proto se molekuly mohou volně pohybovat a interagovat s částicemi jiných látek. To například ukazuje vlastnost rozpustnosti.

Proto, vnitřní energie plyn je parametrem, který určuje stav samotného plynu, tj. energii tepelného pohybu jeho mikročástic, což jsou molekuly, atomy, jádra atd. Tento koncept dále charakterizuje energii jejich vzájemného působení.

Když molekula prochází z jednoho stavu do druhého, vnitřní energie plynu, WU = dQ - dA - ukazuje pouze proces změny vnitřní energie. Přesně proto, že je ve skutečnosti vidět z vzorce, je vždy charakterizována rozdílem mezi jejími hodnotami na počátku a koncem přechodu molekuly z jednoho státu do druhého. Cesta samotného přechodu, tedy její velikost, nehraje žádnou roli. Z tohoto zdůvodnění následuje nejzákladnější závěr, který charakterizuje tento jev: vnitřní energie plynu je určena výhradně exponentem teploty plynu a je zcela nezávislá na hodnotě jeho objemu. Pro matematická analýza tento závěr je důležitý v tom smyslu, že nelze přímo měřit hodnotu vnitřní energie, je možné definovat a reprezentovat matematickými prostředky pouze její změnu (toto je zdůrazněno přítomností symbolu ve vzorci - W).

Pro fyzické těla je jejich vnitřní energie vystavena dynamice (změně) pouze tehdy, je-li interakce těchto těl s jinými těly. Současně existují dva hlavní způsoby této změny: práce (prováděné s třením, nárazem, kompresí apod.) A přenos tepla. Poslední metoda - přenos tepla - odráží dynamiku změn vnitřní energie v těch případech, kdy práce není provedena, a energie je přenášena například z těles s vyšší teplotou na těla s nižší hodnotou.

V tomto případě rozlišujeme takové typy přenosu tepla jako:

• tepelná vodivost (přímá výměna energie částečkami, které se dopouštějí chaotického pohybu);
• konvekce (vnitřní energie plynu je přenášena jejich toky);
• záření (energie je přenášena elektromagnetickými vlnami).

Všechny tyto procesy se odrážejí zákonem o zachování energie. Pokud je tento zákon považován ve vztahu k termodynamické procesy, který se vyskytuje v plynech, může být formulován následovně: vnitřní energie skutečný plyn, nebo spíše jeho změnou, je celkové množství tepla, které bylo z něj převedeno z vnějších zdrojů az práce, která byla provedena na tomto plynu.

Pokud zvážíme fungování tohoto zákona (první zákon termodynamiky) s ohledem na ideální plyn, pak můžete vidět následující vzory. Při procesu, jehož teplota zůstává nezměněna (izotermický proces), bude vnitřní energie také vždy konstantní hodnotou.

V rámci izobarického procesu, který je charakterizován změnou teploty plynu, jeho nárůst nebo pokles vede k nárůstu nebo poklesu vnitřní energie a plynové práce. Tento jev například jasně demonstruje expanzi plynu při zahřátí a schopnost takového plynu řídit parní jednotky.

Při zvažování izochorického procesu, při kterém zůstává parametr jeho objemu nezměněn, se vnitřní energie plynu mění pouze pod vlivem množství přenášeného tepla.

Existuje také adiabatický proces, který je charakterizován nepřítomností výměny tepla plynu s vnějšími zdroji. V tomto případě hodnota vnitřní energie klesá, a proto se plyn ochladí.