Quand vous pensez au mot "énergie", vous pensez probablement à quelque chose comme l'énergie cinétique d'un objet en mouvement, ou peut-être l'énergie potentielle que quelque chose pourrait posséder en raison de la gravité.

Cependant, au microscope l'échelle, l'énergie interne
qu'un objet possède est plus importante que ces formes d'énergie macroscopiques. Cette énergie résulte finalement du mouvement des molécules, et il est généralement plus facile de comprendre et de calculer si vous considérez un système fermé qui est simplifié, comme un gaz idéal.
Qu'est-ce que l'énergie interne d'un système?

L'énergie interne est l'énergie totale d'un système fermé de molécules, ou la somme de l'énergie cinétique moléculaire et de l'énergie potentielle dans une substance. Les énergies cinétiques et potentielles macroscopiques n'ont pas d'importance pour l'énergie interne - si vous déplacez tout le système fermé ou changez son énergie potentielle gravitationnelle, l'énergie interne reste la même.

Comme vous vous en doutez pour un système microscopique, calculer l'énergie cinétique de la multitude de molécules et leurs énergies potentielles serait une tâche difficile, sinon pratiquement impossible. Ainsi, dans la pratique, les calculs de l'énergie interne impliquent des moyennes plutôt que le processus minutieux de le calculer directement.

Une simplification particulièrement utile consiste à traiter un gaz comme un "gaz idéal", qui est supposé n'avoir aucune force intermoléculaire et donc essentiellement aucune énergie potentielle. Cela rend le processus de calcul de l'énergie interne du système beaucoup plus simple, et il n'est pas loin d'être précis pour de nombreux gaz.

L'énergie interne est parfois appelée énergie thermique, car la température est essentiellement une mesure de l'intérieur énergie d'un système - elle est définie comme l'énergie cinétique moyenne des molécules du système.
Équation d'énergie interne

L'équation d'énergie interne est une fonction d'état, ce qui signifie que sa valeur à un moment donné dépend de l'état du système, pas comment il y est arrivé. Pour l'énergie interne, l'équation dépend du nombre de moles (ou molécules) dans le système fermé et de sa température en Kelvins.

L'énergie interne d'un gaz idéal a l'une des équations les plus simples:
U \u003d \\ frac {3} {2} nRT

Où n
est le nombre de moles, R
est la constante de gaz universelle et T
est la température du système. La constante de gaz a la valeur R
\u003d 8,3145 J mol ^{- 1 K - 1, soit environ 8,3 joules par mole par Kelvin. Cela donne une valeur pour U
en joules, comme on peut s'y attendre pour une valeur d'énergie, et il est logique que des températures plus élevées et plus de moles de la substance conduisent à une énergie interne plus élevée. Première loi de la thermodynamique}

La première loi de la thermodynamique est l'une des équations les plus utiles lorsqu'il s'agit de l'énergie interne, et elle indique que le changement d'énergie interne d'un système est égal à la chaleur ajoutée au système moins le travail effectuée par le système (ou plus
le travail effectué sur le système). En symboles, c'est:
∆U \u003d Q-W

Cette équation est vraiment simple à utiliser à condition de connaître (ou de calculer) le transfert de chaleur et le travail effectué. Cependant, de nombreuses situations simplifient encore plus les choses. Dans un processus isotherme, la température est constante, et puisque l'énergie interne est une fonction d'état, vous savez que le changement d'énergie interne est nul. Dans un processus adiabatique, il n'y a pas de transfert de chaleur entre le système et ses environs, donc la valeur de Q
est 0, et l'équation devient:
∆U \u003d -W

Un processus isobare est celui qui se produit à une pression constante, ce qui signifie que le travail effectué est égal à la pression multipliée par la variation de volume: W
\u003d P
∆ V
. Les processus isochoriques se produisent avec un volume constant et dans ces cas, W
\u003d 0. Cela laisse le changement d'énergie interne égal à la chaleur ajoutée au système:
∆U \u003d Q

Pair si vous ne pouvez pas simplifier le problème de l'une de ces façons, pour de nombreux processus, aucun travail n'est effectué ou il peut être facilement calculé, alors trouver la quantité de chaleur gagnée ou perdue est la principale chose que vous devrez faire.