Energia wewnętrzna

Co to jest energia wewnętrzna? Energia wewnętrzna to energia ciała związana z procesami cieplnymi. Mówimy, że ogrzewając lub ochładzając ciało zwiększamy lub zmniejszamy jego energię wewnętrzną. Dopełniając szklankę wodą też zwiększamy energię wewnętrzną szklanki wody. Koncepcja energii wewnętrznej przydaje się nam w zrozumieniu przepływów energii.

Energię wewnętrzną możemy oznaczyć jako Ew lub U. Jednostką energii wewnętrznej jest 1 dżul.

1. Czy możemy zobaczyć energię wewnętrzną?

Każde ciało posiada pewną energię wewnętrzną. Ale czy możemy ją zobaczyć? Energia wewnętrzna to energia ciała na poziomie cząsteczkowym w mikroskali. Na tę formę energii składa się energia kinetyczna wszystkich cząsteczek układu, związana z ich chaotycznym ruchem i energia potencjalnego oddziaływania cząsteczek.

Energia wewnętrzna

W gazach cząsteczki poruszają się swobodnie i dlatego energia wewnętrzna gazów jest związana jedynie z energią kinetyczną cząsteczek gazów. Na energię wewnętrzną cieczy i ciał stałych składa się w większej części energia potencjalna oddziaływania cząsteczek i w mniejszej części energia kinetyczną ich cząsteczek.

Uwaga: Energia wewnętrzna to nie całkowita energia ciała – nie zawiera energii kinetycznej czy potencjalnej związanej z działaniem zewnętrznych sił. Nie możemy mylić tej energii kinetycznej i potencjalna ciała w makroskali na poziomie ciała z energią wewnętrzną w mikroskali na poziomie cząsteczek.

Jak zobaczyć zmianę energii wewnętrznej w gazie? Przykładowo, cząsteczki podgrzewanego powietrza w balonie załogowym będą poruszać się coraz szybciej a ich energia wewnętrzna będzie rosła. W rezultacie balon powiększy się (pod naporem uderzających szybciej cząsteczek) i będzie w stanie wznieść się wyżej.

Energia wewnętrzna
Cząsteczki podgrzanego gazu poruszają się szybciej (jego energia wewnętrzna jest większa)

Zadanie:

Energia wewnętrzna herbaty w szklance to:
a) suma energii kinetycznej i potencjalnej szklanki
b) energia kinetyczna cząsteczek herbaty
c) suma energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek herbaty

Odpowiedź. W cieczach (i ciałach stałych) energia wewnętrzna to suma energii potencjalnej i kinetycznej cząsteczek herbaty. Odpowiedź a jest nieprawidłowa gdyż energia kinetyczna i potencjalna w makroskali nie jest energią wewnętrzną. Odpowiedź b jest nieprawidłowa gdyż jedynie energia wewnętrzna gazów odpowiada energii kinetycznej jego cząsteczek.

2. Od czego zależy energia wewnętrzna?

Energia wewnętrzna zależy od temperatury, ilości cząsteczek oraz rodzaju substancji.

  • Wyższa temperatura oznacza wyższa energię kinetyczną poruszających się chaotycznie cząsteczek a wiec i większą energię wewnętrzną
  • Im więcej cząsteczek tym większa energia wewnętrzna, która jest sumą średniej energii kinetycznej i potencjalnej oddziaływania cząsteczek

Zadanie:

Które ciała z podanych par posiadają większą energię wewnętrzną:
a) Szklanka gorącej herbaty czy szklanka herbaty, która wystygła
b) Mały czy duży garnek napełniony wodą z kranu
c) Kawałek jeszcze ciepłej szarlotki czy kawałek z lodówki
e) Duży głaz czy leżący obok niego jego obłupany kawałek

Odpowiedź: Energia wewnętrzna zależy między innymi od temperatury oraz ilości cząsteczek ciała – większe i cieplejsze ciała będą posiadały większą energię wewnętrzną (szklanka gorącej herbaty, duży garnek wody, kawałek ciepłej szarlotki, duży głaz).


PRZYDATNY ARTYKUŁ? Udostępnij link innym:

Facebooktwittermail

Dodaj do Google Classroom

Następny temat:
Przepływ energii (ciepło)

Pozostałe tematy z działu: TERMODYNAMIKA  

Temperatura | Skale temperatur | Energia wewnętrzna | Przepływ energii (ciepło) | Jednostka ciepła: dżul | Pierwsza zasada termodynamiki | Przewodnictwo cieplne | Zjawisko konwekcji | Ciepło właściwe | Zmiany stanów skupienia | Topnienie i krzepnięcie | Parowanie i skraplanie