2017-10-25
1332
Внутренняя энергия тела (газа) – это сумма:
- кинетической энергии (u кин), т.е. суммы энергий различных видов хаотического теплового движения элементарных частиц, составляющих тело (молекул, атомов, электронов и др.);
- потенциальной энергии (u пот), характеризуемой положением этих элементарных частиц, от которого зависит уровень их взаимодействия.
Таким образом, u = u кин+ u пот,
где u пот= u мв+ u хим+ u яд. Здесь u мв – потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия частиц, зависящая от расстояния между частицами, u хим - энергия химических связей, которая проявляется при прохождении химических реакций, u яд – внутриядерная энергия, которая проявляется при ядерных реакциях. Составляющие u хим и u яд в термодинамике рассматривать не будем.
|
| Рис. 2.1. |
В термодинамике важно знать не величину внутренней энергии, а ее изменение Δ u в термодинамическом процессе.
Внутренняя энергия зависит только от состояния тела, т.е. является функцией состояния и, следовательно, определяется параметрами его состояния. Так, для газообразного тела внутренняя энергия единицы его массы u определяется заданием двух параметров состояния (так как третий согласно уравнению состояния является их функцией), т.е.
|
|
|
или 
, или 
.
Её изменение не зависит от пути процесса (рис. 2.1), посредством которого рабочее тело переходит из одного состояния в другое.
Если такое тело переходит из состояния 1 (p 1, T 1) в состояние 2 (p 2, T 2), например, по трем различным путям a, b и c, то независимо от пути, по которому прошел этот переход, изменение внутренней энергии будет одно и то же:
.
Поэтому говорят, что внутренняя энергия является функцией состояния тела или термодинамической системы.
Для идеального газа энергия взаимодействия его молекул, как уже отмечалось, равна нулю (u мв=0). Тогда его внутренняя энергия включает в себя только кинетическую энергию хаотического теплового движения молекул, зависящую от температуры. Поэтому для идеального газа
.
или, как будет показано ниже, 
. (2.1)
Для реального газа его внутренняя энергия, кроме кинетической энергии теплового движения молекул, включает в себя также потенциальную энергию их взаимодействия u мв. Поэтому для реального газа 
.
