Energía interna específica
La energía interna específica (u) de una sustancia es su energía interna por unidad de masa. Es una propiedad intensiva . Es igual a la energía interna total (U) dividida por la masa total (m).
u = U / m
dónde:
u = energía interna específica (J / kg)
U = energía interna (J)
m = masa (kg)
Energía interna – Energía térmica
La energía potencial y la energía cinética , que se discutió en capítulos anteriores, son formas macroscópicas de energía . Dependen de variables macroscópicas como la posición y la velocidad de los objetos.
En termodinámica, la energía interna (también llamada energía térmica ) se define como la energía asociada con formas microscópicas de energía . Es una cantidad extensa , depende del tamaño del sistema o de la cantidad de sustancia que contiene. La unidad SI de energía interna es el julio (J) . Es la energía contenida dentro del sistema, excluyendo la energía cinética de movimiento del sistema como un todo y la energía potencial del sistema. Las formas microscópicas de energía incluyen aquellas debidas a la rotación , vibración, traslación e interacciones.entre las moléculas de una sustancia. Ninguna de estas formas de energía se puede medir o evaluar directamente, pero se han desarrollado técnicas para evaluar el cambio en la suma total de todas estas formas microscópicas de energía.
Además, la energía se puede almacenar en los enlaces químicos entre los átomos que forman las moléculas. Este almacenamiento de energía a nivel atómico incluye energía asociada con estados orbitales de electrones, espín nuclear y fuerzas de unión en el núcleo.
La energía interna está representada por el símbolo U , y el cambio en la energía interna en un proceso es U 2 – U 1 .
Energía microscópica
La energía interna implica energía a escala microscópica . Se puede dividir en energía potencial microscópica, U pot , y energía cinética microscópica, U kin , componentes:
U = U pot + U kin
donde la energía cinética microscópica, U kin , involucra los movimientos de todas las partículas del sistema con respecto al marco del centro de masa. Para un gas monoatómico ideal , esto es solo la energía cinética traslacional del movimiento lineal de los átomos. Las partículas monoatómicas no giran ni vibran. El comportamiento del sistema está bien descrito por la teoría cinética de los gases. La teoría cinética se basa en el hecho de que durante una colisión elástica entre una molécula con alta energía cinética y otra con baja energía cinética, parte de la energía se transferirá a la molécula de menor energía cinética. Sin embargo, para los gases poliatómicos hay rotación yenergía cinética vibracional también.
La energía potencial microscópica, U pot , involucra los enlaces químicos entre los átomos que forman las moléculas, las fuerzas de unión en el núcleo y también los campos de fuerza física dentro del sistema (por ejemplo, campos eléctricos o magnéticos).
En líquidos y sólidos hay un componente significativo de energía potencial asociado con las fuerzas de atracción intermoleculares .
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