|
'''Unutarnja energija''' zavisi od strukture i [[termodinamika|termodinamičkog]] stanja tijela, a predstavlja zbir ukupne [[energija|energije]] njegovih sastavnih čestica.
Svako tijelo sadrži unutarnju energiju.
Unutarnja energija se ne mjeri neposredno, već se mjeri Δ''U'' - promjena unutarnje energije koja zavisi od početne i krajnje [[temperatura|temperature]].
Definicija:Unutarnja energija jednaka je zbroju ukupne kinetičke energije termičkog gibanja svih molekula u tijelu i potencijalne energije njihova međudjelovanja.
[[Kategorija: Termodinamika]]
Pritom se misli na kinetičku energiju koju molekule imaju u odnosu na svoje težište tijela.Na primjer,ako bacimo kamen u vis,njegova unutarnja energija ostaje ne promijenjena,jer se ne mijenjaju brzine molekula u odnosu na težište kamena.Unutarnja energija plina ovisi o obujmu i temperaturi.No,temperatura i obujam opisuju stanje plina.U svakom stanju temperatura T i obujam V imaju određene vrijednosti.Kako ove dvije veličine određuju unutarnju energiju plina U,to znači da će u danom termodinamičkom stanju i unutarnja energija biti potpuno određena,što dovodi do zaključka:
[[cs:Vnitřní energie]]
Svakom termodinamičkom stanju tijela pridružena je točno određena unutarnja energija.Promjena unutarnje energije se može dogoditi na dva načina:izmjenom topline i radom.
[[de:Innere Energie]]
[[en:Internal energy]]
1.2.1. Promjena unutarnje energije izmjenom topline:
[[eo:Interna energio]]
[[es:Energía interna]]
Ako su ud dodiru dva tijela različitih temperatura,tada dio unutarnje energije tijela,čija je temperatura viša,prelazi u obliku topline na drugo tijelo niže temperature.Znači,toplije tijelo predaje toplinu hladnijem tijelu.
[[fi:Sisäenergia]]
[[fr:Énergie interne]]
Na primjer velika kocka leda ima veću unutarnju energiju od šalice čaja,ali kada tu malu količinu čaja iz šalice izlijemo na kocku leda,tada će se mala količina leda otopiti,a čaj će se ohladiti.Znači da tijelo prima toplinu ako mu temperatura poraste,te da tijelo gubi toplinu ako mu se temperatura smanji.Iz prethodnog zaključujemo da smjer prijelaza unutarnje energije s jednog tijela na drugo ovisi samo o temperaturama tih tijela,a ne ovisi o unutarnjim energijama.
[[gl:Enerxía interna]]
[[he:אנרגיה פנימית]]
Definicija:Toplina je unutarnja energija na prijelazu od jednog na drugo tijelo,do čega dolazi zbog razlike u temperaturama.
[[hu:Belső energia]]
[[id:Energi dalam]]
Napomena:Toplina nije neki oblik energije promatranog tijela,nego ona označava prijelaz unutarnje energije između dva tijela.Stoga tvrdnja da je toplina pohranjena u tijelu ne vrijedi.
[[it:Energia interna]]
[[ja:内部エネルギー]]
Tijelo može primiti toplinu a da mu se pritom temperatura ne mijenja.To se zbiva pri promjeni agregatnih stanja,na primjer pri prijelazu iz leda u tekuću vodu.Ako led na temperaturi O ◦C
[[lt:Vidinė energija]]
[[nl:Inwendige energie]]
Napomena:Toplina je oblik energije u prijelazu,pa je jedinica topline ista kao jedinica energije:džul(znak J) ;u starijoj literaturi se koristi kilokalorija(znak kcal).Veza između kilokalorije i džula je: 1 kcal = 4185 J
[[nn:Indre energi]]
[[no:Indre energi]]
1.2.1.1. Toplinski kapacitet
[[pl:Energia wewnętrzna]]
[[pt:Energia interna]]
Promatramo li tijelo početne temperature T1.Pomoću topline Q zagrijemo ga na konačnu temperaturu T2.Mjerenja pokazuju da će privedena toplina Q (ako se tijekom pretvorbe nije promijenilo agregatno stanje)biti proporcionalna razlici između konačne i početne temperature tijela:
[[ru:Внутренняя энергия]]
[[simple:Internal energy]]
[[sk:Vnútorná energia]]
Koeficijent proporcionalnosti C nazivamo toplinskim kapacitetom tijela.
[[sl:Notranja energija]]
[[uk:Внутрішня енергія]]
Pokusima je dokazano da:što je veća masa tijela to je i veći toplinski kapacitet tijela,što znači da je masa tijela proporcionalna toplinskom kapacitetu tijela.Da bismo ustanovili veličinu koja pokazuje toplinska svojstva dane tvari,toplinski kapacitet tijela podijelit ćemo s masom tijela m:
[[vi:Nội năng]]
[[zh:内能]]
Vrijednost tog koeficijenta označavamo malim slovom c.Tako definiranu veličinu c nazivamo specifični toplinski kapacitet tvari.
1.2.2. Promjena unutarnje energije radom
Unutarnja energija se može mijenjati i promjenom rada.Na primjer,ako promatramo plin koji se nalazi u zatvorenoj posudi(cilindru) promjenjivog obujma.Ako povećamo obujam posude s tim se povećava i obujam plina u posudi.Povećava se i srednja udaljenost među susjednim molekulama.To uzrokuje smanjenju unutarnje energije plina.Rad koji obavi plin pri obavljanju rada smanjuje njegovu unutarnju energiju.Iz ovoga se može zaključiti da se toplina i rad bitno razlikuju od unutarnje energije.Unutarnja energija je fizička veličina koja opisuje stanje tijela,dakle ona je veličina stanja tijela.Toplina i rad obilježavaju proces izmjene energije jednog tijela s drugim tijelima.Stoga zaključujemo da toplina i rad ovise o načinu vođenja termodinamičkog procesa.
1.2.2.1. Rad plina pri promjeni obujma uz stalni tlak
Plin tlači stijenke posude u kojoj se nalazi.Stoga na svaku stijenku djeluje sila usmjerena okomito na nju.Ako je stijenka pomična,ona će se gibati zbog djelovanja te sile i obujam plina će se pritom povećati.
Neka se plin nalazi u cilindru,koja s gornje strane zatvorena pomičnim klipom presjeka A(slika 1.).
slika 1.
Neka se pri stalnom tlaku p klip cilindra pomiče prema gore,s manje visine h1 na veću visinu h2.Pritom je rad plina jednak umnošku sile F,kojom plin djeluje na klip,i pomaka klipa h2-h1 :
izraz 1.
Silu F možemo prikazati kao umnožak tlaka p i ploštine klipa A:
Što uvršteno u izraz 1. za rad daje:
izraz 2.
Umnožak ploštine klipa i visine cilindra jednak je obujmu posude,pa Ah1 predstavlja početni obujam plina,koji obilježavamo s V1,a Ah2 je konačni obujam,koji obilježavamo s V2:
; .
Pomakom klipa za obujam plina promjeni se za:
U desnu stranu jednadžbe(izraz 2) uvrstimo sada umjesto ,pa ćemo dobiti izraz za rad plina pri stalnom tlaku p:
izraz 3.
Rad plina pri stalnom tlaku jednak je umnošku tlaka i promjene obujma.Stoga na p,V dijagramu rad odgovara ploštini pravokutnika kojemu je osnovica jednaka promjeni obujma ,a visina stalnom tlaku p.
slika 2.
Iz relacije 3 vidimo da rad plina može biti i pozitivan i negativan.Ako je rad je pozitivan,a ako je ,rad je negativan.(slika 2)
1.2.2.2 Rad plina pri promjeni obujma uz promjenu tlaka
Razmotrimo sada slučaj kada se stanje plina mijenja iz početnog stanja obujma V1 i tlaka p1(točka A u p,V koordinatnom sustavu) u konačno stanje obujma V2 i tlaka p2(točka B u p,V koordinatnom sustavu)(slika 3.)Proces prijelaza iz početnog u konačno stanje plina prikazano je na slici 3.Za izvršeni rad vrijedi isto pravilo kao u slučaju stalnog tlaka:iznos rada odgovara ploštini lika između p,V-grafa u intervalu obujma od V1 do V2,i os apscise.
slika3.
Rad plina ne ovisi sano o početnom i konačnom stanju,nego i o načinu prelaska iz početnog u konačno stanje.(slika 4.i slika 5.)To je prikazano u obliku crte na slici.
slika 4. i 5.
Na slici 4. i slici 5.zaključujemo da je rad W veći na prvoj slici nego na drugoj,iako su početna i konačna stanja identična.
| 