En el campo de la termodinámica se piensan una cuantía de aspectos que permiten entender el estado de los sistemas y las transformaciones que en ellos suceden, uno de esos aspectos es la energia interna.
Este tipo de energia está afín con el movimiento aleatorio y desordenado de las partículas y tiene grande que ver con la energia cinetica y potencial de un cuerpo.
Para ayudarte a entender mejor hemos dispuesto este artículo en este tipo de energía, qué es, cómo se representa, cuáles son sus tipos, cómo se estudia desde la termodinámica y cómo puede deducir la variación total de la energia de un sistema.
Qué es la energia interna
La energía interna de un sistema se iguala como la energía relativa al movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas.
Esta energía en un sistema incluye energía potencial y cinética. Esto diferencia con la energía externa, que es una función de la muestra con respecto al entorno exterior.
Este tipo de energía incluye energía a escala microscópica. Es la suma de todas las energías microscópicas tales como: energía cinética de traslación, energía cinética vibracional y rotacional, energía potencial de fuerzas intermoleculares.
El símbolo de la energía interna es U.
Las revelaciones sobre esta energía se atribuyen a James Joule quien aprendió la relación entre calor, trabajo y temperatura. Observó que si hacía trabajo mecánico con un fluido, como el agua, agitando el fluido, su temperatura agrandaba. Propuso que el trabajo mecánico que estaba formando en el sistema se convirtiera en energía térmica.
Concretamente, descubrió que se necesitaban 4185.5 julios de energía para realzar la temperatura de un kilogramo de agua en un grado centígrado.
Características de la energía interna
Las primordiales características que permiten alcanzar el estudio de esta energía son las que a continuidad describimos.
En principio, es una propiedad extensiva, esto quiere decir que obedece del tamaño del sistema o de la cantidad de sustancia.
Además, es propiedad del estado y su cambio no acata del camino por el cual se alcanza el estado final.
De la misma forma, poseemos que no habrá ningún cambio en la energía interna en el proceso cíclico, la energía interna del gas ideal es una función de la temperatura únicamente.
Asimismo, esta obedece de la cantidad de la sustancia, su temperatura, naturaleza química, presión y volumen.
Así, esta energía no contiene la energía debida al movimiento o la ubicación de un sistema en su conjunto. Es decir, excluye cualquier energía cinética o potencial que el cuerpo pueda tener formal a su movimiento o ubicación en campos externos gravitacionales, electrostáticos o electromagnéticos.
Sin embargo, contiene la contribución de campo a la energía íntegro al acoplamiento de los grados internos de libertad del objeto con el campo. En tal caso, el campo se incluye en el cuadro termodinámica del objeto en forma de un parámetro externo adicional.
Energía interna y trabaj0
- La energía que ingresa al sistema es +, lo que figura que el calor se absorbe, Q> 0. El trabajo se realiza así en el sistema, W > 0.
- La energía que sale del sistema es -, lo que figura que el sistema emite calor, Q<0 y el sistema realiza el trabajo, W < 0.
- Dado que Sistema aislado = 0, ΔUsistema = -Usistemas y la energía se conserva.
Energía interna y termodinámica
En termodinámica pocas veces es necesario o posible, reflexionar todas las energías que pertenecen a la energía intrínseca total de un sistema de muestra, como la energía dada por la paridad de masa.
Normalmente, las representaciones solo incluyen unidades relevantes para el sistema en estudio. De hecho, en la mayoría de los sistemas bajo consideración, fundamentalmente a través de la termodinámica, es inadmisible calcular la energía interna total. Por lo tanto, se puede elegir un punto de referencia nulo conveniente para la energía interna.
A cualquier temperatura + que cero absoluto, la energía potencial microscópica y la energía cinética se mudan firmemente entre sí, pero la suma persiste constante en un sistema aislado. En la imagen clásica de la termodinámica, la energía cinética se desvanece a temperatura cero y la energía interna es puramente energía potencial.
Sin embargo, la mecánica cuántica ha señalado que incluso a temperatura cero, las partículas conservan una energía residual de movimiento, la energía del punto cero.
Un sistema en cero absoluto está puramente en su estado fundamental cuántico-mecánico, el estado de energía más bajo utilizable. En el cero absoluto, un sistema de composición dada ha tocado su entropía mínima alcanzable.
Fórmula de energia interna
La fórmula para computar la variación total de energía interna es:
ΔU = Q + W
Las variables representan:
Q:Calor
W:Trabajo
Es decir, que es igual a la suma de las cuantías de energía notificadas al sistema en forma de calor (Q) y de trabajo (W).
Aunque el calor transmitido pende del proceso, la variación de energía interna no depende de ello, sino solamente del estado inicial y final, por lo tanto se expone como una función de estado.