Вътрешна енергия
В термодинамиката вътрешната енергия на термодинамична система или тяло с ясно определени граници, обозначавана с U или понякога E, е общата сума от кинетичната енергия, дължаща се на движението на молекулите (транслационно, ротационно, вибрационно), и потенциалната енергия, свързана с вибрационната и електрическата енергия на атомите в молекулите или кристалите. Тя включва енергията във всички химични връзки и енергията на свободните, проводящи електрони в металите.
Вътрешната енергия е термодинамичен потенциал и за затворена термодинамична система, поддържана при постоянна ентропия, тя ще бъде сведена до минимум.
Може да се изчисли и вътрешната енергия на електромагнитно излъчване или излъчване на черно тяло. Тя е функция на състоянието на дадена система, обширна величина. Единицата за енергия по SI е джаул, въпреки че все още се използват и други исторически, конвенционални единици, като например (малката и голямата) калория за топлина. (Калориите, които се изписват на етикетите на класическите храни, всъщност са килокалории.)
Преглед
Вътрешната енергия не включва транслационната или ротационната кинетична енергия на тялото като цяло. Тя не включва и релативисткия еквивалент на масата и енергията E = mc2. Тя изключва всяка потенциална енергия, която тялото може да има поради разположението си във външно гравитационно или електростатично поле, въпреки че потенциалната енергия, която то има в полето поради индуциран електрически или магнитен диполен момент, се брои, както и енергията на деформация на твърдите тела (напрежение-деформация).
Принципът на равномерното разпределение на енергията в класическата статистическа механика гласи, че всяка молекулна степен на свобода получава 1/2 kT енергия - резултат, който е бил променен, когато квантовата механика е обяснила някои аномалии, например при наблюдаваните специфични топлини на кристалите (когато hν > kT). При едноатомния хелий и другите благородни газове вътрешната енергия се състои само от транслационната кинетична енергия на отделните атоми. Моноатомните частици, разбира се, не се въртят или вибрират (разумно) и не се възбуждат електронно до по-високи енергии, освен при много високи температури.
От гледна точка на статистическата механика вътрешната енергия е равна на ансамбловата средна стойност на общата енергия на системата.
Въпроси и отговори
Въпрос: Какъв е символът, използван за обозначаване на вътрешната енергия?
О: Символът, използван за обозначаване на вътрешната енергия, е U или понякога E.
В: Какъв вид енергия включва вътрешната енергия?
О: Вътрешната енергия включва кинетичната енергия, дължаща се на движението на молекулите (транслационно, ротационно, вибрационно), и потенциалната енергия, свързана с вибрационната и електрическата енергия на атомите в молекулите или кристалите. Тя включва също така енергията на всички химични връзки и свободните проводящи електрони в металите.
Въпрос: Вътрешната енергия функция на състоянието ли е?
О: Да, вътрешната енергия е термодинамичен потенциал и функция на състоянието на дадена система.
В: Каква единица се използва за измерване на вътрешната енергия?
О: Единицата на SI за измерване на вътрешната енергия е джаул, въпреки че все още се използват други исторически единици като калории.
В: Как ентропията влияе на вътрешната енергия?
О.: За затворена термодинамична система, която се поддържа при постоянна ентропия, вътрешните ѝ енергии ще бъдат сведени до минимум.
Въпрос: Можете ли да изчислите вътрешните енергии на електромагнитното излъчване или на излъчването на черното тяло?
О: Да, възможно е да се изчислят вътрешните енергии на електромагнитно излъчване или излъчване на черно тяло.
В: Точни ли са етикетите на храните, когато посочват калориите?
О: Не, етикетите на хранителните продукти не са точни, когато изброяват калориите, тъй като те всъщност се отнасят за килокалории.
