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O que é o volume de um átomo e núcleo – Definição

2019-11-11 Por Nick Connor

Volume de um átomo e núcleo. O volume de um átomo é cerca de 15 ordens de grandeza maior que o volume de um núcleo. 7,23 × 10−45 m3 para núcleos de hidrogênio. Engenharia Térmica

Volume de um átomo e núcleo

O átomo consiste em um núcleo pequeno, mas maciço, cercado por uma nuvem de elétrons em movimento rápido . O núcleo é composto de prótons e nêutrons . Os raios nucleares típicos são da ordem de 10 a ¹⁴ m. Assumindo a forma esférica, os raios nucleares podem ser calculados de acordo com a seguinte fórmula:

r = r ₀ . A ^1/3

onde r ₀ = 1,2 x 10 ^-15 m = 1,2 fm

Se usarmos essa aproximação, esperamos, portanto, que o volume do núcleo seja da ordem de 4 / 3πr ³ ou 7,23 × 10 ⁻⁴⁵ m ³ para os núcleos de hidrogênio ou 1721 × 10 ⁻⁴⁵ m ³ para os núcleos de ²³⁸ U. Estes são volumes de núcleos e os núcleos atômicos (prótons e nêutrons) contêm cerca de 99,95% da massa do átomo.

Um átomo é um espaço vazio?

volume atômico-núcleo-min — Uma representação figurativa do átomo de hélio-4 com a nuvem de elétrons em tons de cinza. É provável que prótons e nêutrons sejam encontrados exatamente no mesmo espaço, no ponto central. Fonte wikipedia.org Licença CC BY-SA 3.0

O volume de um átomo é cerca de 15 ordens de grandeza maior que o volume de um núcleo. Para o átomo de urânio , o raio de Van der Waals é de cerca de 186 pm = 1,86 × ^10-10 m . O raio de Van der Waals, r _w , de um átomo é o raio de uma esfera imaginária disco que representa a distância de aproximação mais próxima para um outro átomo. Assumindo uma forma esférica, o átomo de urânio tem um volume de cerca de 26,9 × ^10-30 m ³ . Mas esse espaço “enorme” é ocupado principalmente por elétrons, porque o núcleo ocupa apenas cerca de 1721 × ^10-45 m³ de espaço. Esses elétrons juntos pesam apenas uma fração (digamos 0,05%) do átomo inteiro.

Pode parecer que o espaço e, de fato, o assunto esteja vazio , mas não está . Devido à natureza quântica dos elétrons , os elétrons não são partículas pontuais, são espalhados por todo o átomo. A descrição clássica não pode ser usada para descrever coisas na escala atômica. Na escala atômica, os físicos descobriram que a mecânica quântica descreve as coisas muito bem nessa escala. Os locais das partículas na mecânica quântica não estão na posição exata; são descritos por uma função de densidade de probabilidade . Portanto, o espaço em um átomo (entre elétrons e um núcleo atômico) não está vazio, mas é preenchido por uma função de densidade de probabilidade dos elétrons (geralmente conhecida como “ nuvem de elétrons ”).

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.

Qual é a fórmula para o cálculo de diferentes volumes – Definição

2020-01-292019-11-11 Por Nick Connor

Fórmulas de volume para alguns objetos tridimensionais comuns. Por exemplo, o volume dentro de uma esfera (que é o volume de uma bola) é derivado como V = 4 / 3πr3. Engenharia Térmica

O que é volume

Volume é uma quantidade física básica . O volume é uma quantidade derivada e expressa a extensão tridimensional de um objeto . O volume é frequentemente quantificado numericamente usando a unidade derivada do SI, o metro cúbico . Por exemplo, o volume dentro de uma esfera (que é o volume de uma bola) é derivado como V = 4 / 3πr ³ , em que r é o raio da esfera. Como outro exemplo, o volume de um cubo é igual a lado vezes lado vezes lado. Como cada lado de um quadrado é o mesmo, ele pode simplesmente ter o comprimento de um lado em cubo .

Se um quadrado tem um lado de 3 metros, o volume seria 3 metros vezes 3 metros vezes 3 metros ou 27 metros cúbicos.

Fórmulas para cálculo de diferentes volumes

Fórmulas de volume para alguns objetos tridimensionais comuns:

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Qual é a fórmula para o volume do cubo – Definição

2020-01-292019-11-11 Por Nick Connor

Fórmula de volume para o cubo: V = a3. O volume de um cubo é igual a lado vezes lado vezes lado. Como cada lado de um quadrado é o mesmo, ele pode simplesmente ter o comprimento de um lado em cubo. Engenharia Térmica

O que é volume

Volume é uma quantidade física básica. Volume é uma quantidade derivada e expressa a extensão tridimensional de um objeto . O volume é frequentemente quantificado numericamente usando a unidade derivada do SI, o metro cúbico . Por exemplo, o volume dentro de uma esfera (que é o volume de uma bola) é derivado como V = 4 / 3πr ³ , em que r é o raio da esfera. Como outro exemplo, o volume de um cubo é igual a lado vezes lado vezes lado. Como cada lado de um quadrado é o mesmo, ele pode simplesmente ter o comprimento de um lado em cubo .

Se um quadrado tem um lado de 3 metros, o volume seria 3 metros vezes 3 metros vezes 3 metros ou 27 metros cúbicos.

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O que é entalpia em unidades extensivas – Definição

2020-01-292019-11-11 Por Nick Connor

A entalpia é uma quantidade extensa, depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém. A unidade SI de entalpia é o joule (J). Engenharia Térmica

Entalpia em unidades extensivas

Propriedades termodinâmicas extensivas vs. intensivas — Propriedades extensivas e intensivas do meio no pressurizador.

H = U + pV

A entalpia é uma quantidade extensa, depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém. A unidade SI de entalpia é o joule (J). É a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema como um todo devido a campos de força externos. É a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema.

Por outro lado, a energia pode ser armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. Esse armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada a estados orbitais de elétrons, rotação nuclear e forças de ligação no núcleo.

A entalpia é representada pelo símbolo H , e a alteração na entalpia em um processo é H ₂ – H ₁ .

Existem expressões em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão :

dH = C _p dT + V (1-aT) dp

Onde C _p é a capacidade calorífica a pressão constante e α é o coeficiente de expansão térmica (cúbico). Para o gás ideal αT = 1 e, portanto:

dH = C _p dT

Exemplo: Pistão sem atrito – Calor – Entalpia

Entalpia - Exemplo - Um pistão sem atrito — Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.

Um pistão sem atrito é usado para proporcionar uma pressão constante de 500 kPa num cilindro contendo vapor ( vapor sobreaquecido ) de um volume de 2 m ³ a 500 K . Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.

Solução:

Usando tabelas de vapor , sabemos que a entalpia específica desse vapor (500 kPa; 500 K) é de cerca de 2912 kJ / kg . Como nessa condição o vapor possui densidade de 2,2 kg / m ³ , sabemos que há cerca de 4,4 kg de vapor no pistão na entalpia de 2912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .

Quando usamos simplesmente Q = H ₂ – H ₁ , a entalpia resultante do vapor será:

H ₂ = H ₁ + Q = 15812 kJ

Nas tabelas de vapor , esse vapor superaquecido (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) terá uma temperatura de 828 K (555 ° C) . Uma vez que nesta entalpia do vapor tem a densidade de 1,31 kg / m ³ , é óbvio que se expandiu em cerca de 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Portanto, o volume resultante é de 2 m ³ x 1,67 = 3,34 m ³ e ∆V = 3,34 m ³ – 2 m ³ = 1,34 m ³ .

A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m ³ = 670 kJ

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O que é entalpia – definição

2020-01-292019-11-11 Por Nick Connor

Na termodinâmica, a entalpia é uma medida de energia em um sistema termodinâmico. A entalpia é equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. O que é entalpia. Engenharia Térmica

O que é entalpia

potenciais termodinâmicos - entalpia — Quatro potenciais termodinâmicos comuns. H = U + pV

Na termodinâmica, a entalpia é a medida de energia em um sistema termodinâmico. É a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. A entalpia é definida como a soma da energia interna E mais o produto da pressão pe volume V. Em muitas análises termodinâmicas, a soma da energia interna U e o produto da pressão pe volume V aparece, portanto, é conveniente para dar à combinação um nome, entalpia e um símbolo distinto, H.

A entalpia é a expressão preferida das mudanças de energia do sistema em muitas medições químicas, biológicas e físicas a pressão constante . É tão útil que é tabulado nas tabelas de vapor, juntamente com volume específico e energia interna específica . Isso se deve ao fato de simplificar a descrição da transferência de energia . Em pressão constante, a mudança de entalpia é igual à energia transferida do ambiente através do aquecimento (Q = H ₂ – H ₁ ) ou outro trabalho que não o trabalho de expansão. Para um processo de pressão variável, a diferença na entalpia não é tão óbvia.

Entalpia em unidades extensivas

H = U + pV

A entalpia é representada pelo símbolo H , e a alteração na entalpia em um processo é H ₂ – H ₁ .

Existem expressões em termos de variáveis mais familiares, como temperatura e pressão :

dH = C _p dT + V (1-aT) dp

Onde C _p é a capacidade calorífica a pressão constante e α é o coeficiente de expansão térmica (cúbico). Para o gás ideal αT = 1 e, portanto:

dH = C _p dT

Exemplo: Pistão sem atrito – Calor – Entalpia

Solução:

Quando usamos simplesmente Q = H ₂ – H ₁ , a entalpia resultante do vapor será:

H ₂ = H ₁ + Q = 15812 kJ

A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m ³ = 670 kJ

Entalpia em unidades intensivas – Entalpia específica

A entalpia pode ser transformada em uma variável intensiva ou específica dividindo-se pela massa . Os engenheiros usam mais a entalpia específica na análise termodinâmica do que a própria entalpia. A entalpia específica (h) de uma substância é a sua entalpia por unidade de massa. É igual à entalpia total (H) dividida pela massa total (m).

h = H / m

Onde:

h = entalpia específica (J / kg)

H = entalpia (J)

m = massa (kg)

Observe que a entalpia é a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. A entalpia específica é igual à energia interna específica do sistema mais o produto da pressão e volume específico .

h = u + pv

Em geral, a entalpia é uma propriedade de uma substância , como pressão, temperatura e volume, mas não pode ser medida diretamente. Normalmente, a entalpia de uma substância é dada com relação a algum valor de referência. Por exemplo, a entalpia específica da água ou vapor é dada usando a referência de que a entalpia específica da água é zero a 0,01 ° C e pressão atmosférica normal , em que h _L = 0,00 kJ / kg . O fato de o valor absoluto da entalpia específica ser desconhecido não é um problema, no entanto, porque é a alteração na entalpia específica (∆h) e não o valor absoluto que é importante nos problemas práticos.

Entalpia em reações químicas

A entalpia é amplamente utilizada também na química. As reações químicas são determinadas pelas leis da termodinâmica . Na termodinâmica, a energia interna de um sistema é a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema como um todo devido a campos de força externos. A entalpia de uma reação química é definida como a alteração de entalpia observada em um constituinte de um sistema termodinâmico quando uma toupeira de substância reage completamente.

Como a maioria das reações químicas em laboratório são processos de pressão constante, podemos escrever a alteração na entalpia (também conhecida como entalpia de reação) para uma reação. A entalpia da reação pode ser positiva ou negativa ou zero, dependendo se o calor é ganho ou perdido ou se nenhum calor é perdido ou ganho. Em uma reação endotérmica , os produtos têm mais energia química armazenada do que os reagentes. Numa reação exotérmica , o oposto é verdadeiro. Os produtos possuem menos energia química armazenada que os reagentes. O excesso de energia é geralmente liberado para o ambiente quando a reação ocorre.

Nas reações químicas , a energia é armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. O armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada aos estados orbitais dos elétrons. Se uma reação química absorve ou libera energia, não há mudança geral na quantidade de energia durante a reação. Isso é devido à lei de conservação de energia , que afirma que:

A energia não pode ser criada ou destruída . A energia pode mudar de forma durante uma reação química .

Entalpia de vaporização

Calor latente de vaporização - água a 0,1 MPa, 3 MPa, 16 MPa — O calor da vaporização diminui com o aumento da pressão, enquanto o ponto de ebulição aumenta. Ele desaparece completamente em um determinado ponto chamado ponto crítico.

Em geral, quando um material muda de fase de sólido para líquido ou de líquido para gás, uma certa quantidade de energia está envolvida nessa mudança de fase. No caso de mudança de fase de líquido para gás, essa quantidade de energia é conhecida como entalpia de vaporização (símbolo ∆H _vap ; unidade: J), também conhecida como calor (latente) de vaporização ou calor de evaporação. Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia decompõe as forças atraentes intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o trabalho pΔV) Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia da vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Calor latente de vaporização – água a 0,1 MPa (pressão atmosférica)

h _lg = 2257 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 3 MPa (pressão dentro de um gerador de vapor)

h _lg = 1795 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 16 MPa (pressão dentro de um pressurizador )

h _lg = 931 kJ / kg

O calor da vaporização diminui com o aumento da pressão, enquanto o ponto de ebulição aumenta. Ele desaparece completamente em um determinado ponto chamado ponto crítico . Acima do ponto crítico, as fases líquida e de vapor são indistinguíveis, e a substância é chamada de fluido supercrítico .

O calor da vaporização é o calor necessário para vaporizar completamente uma unidade de líquido saturado (ou condensar uma unidade de massa de vapor saturado) e é igual a h _lg = h _g – h _l .

O calor necessário para derreter (ou congelar) uma unidade de massa na substância a pressão constante é o calor da fusão e é igual a h _sl = h _l – h _s , onde h _s é a entalpia do sólido saturado e h _l é a entalpia do líquido saturado.

Mudanças de fase - entalpia de vaporização — Calor latente de vaporização – água a 0,1 MPa. Parte dominante do calor absorvido.

Entalpia específica do vapor úmido

A entalpia específica da água líquida saturada (x = 0) e do vapor seco (x = 1) pode ser selecionada nas tabelas de vapor. No caso do vapor molhado , a entalpia real pode ser calculado com a qualidade de vapor, x , e as entalpias específicas de água no estado líquido saturado e vapor seco:

h _molhado = h _s x + (1 – x) h _l

Onde

h _úmido = entalpia do vapor úmido (J / kg)

h _s = entalpia do vapor “seco” (J / kg)

h _l = entalpia de água líquida saturada (J / kg)

Como pode ser visto, o vapor úmido sempre terá entalpia menor do que o vapor seco.

Exemplo:

termodinâmica de engenharia — Ciclo de Rankine – Termodinâmica como ciência de conversão de energia

Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Calcule a diferença de entalpia entre esses dois estados.

A entalpia para o estado C pode ser coletada diretamente das tabelas de vapor, enquanto a entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:

h _{1, molhado} = 2785 kJ / kg

h _{2, molhado} = h _{2, s} x + (1 – x) h _{2, l} = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg

Δh = 262 kJ / kg

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O que distingue temperatura, calor e energia interna – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

A temperatura está relacionada às energias cinéticas das moléculas. Energia interna refere-se à energia total de todas as moléculas. Calor é a quantidade de fluxo de energia. Engenharia Térmica

Distinguindo temperatura, calor e energia interna

Usando a teoria cinética, uma distinção clara entre essas três propriedades pode ser feita.

A temperatura está relacionada às energias cinéticas das moléculas de um material. É a energia cinética média das moléculas individuais.
Energia interna refere-se à energia total de todas as moléculas dentro do objeto. É uma propriedade extensa , portanto, quando dois lingotes quentes de aço com massa igual podem ter a mesma temperatura, mas dois deles possuem o dobro de energia interna que um.
Finalmente, calor é a quantidade de energia que flui de um corpo para outro espontaneamente devido à diferença de temperatura.

Deve-se adicionar, quando existe uma diferença de temperatura , o calor flui espontaneamente do sistema mais quente para o sistema mais frio . Assim, se um cubo de aço de 5 kg a 100 ° C for colocado em contato com um cubo de aço de 500 kg a 20 ° C, o calor fluirá do cubo a 300 ° C para o cubo a 20 ° C, mesmo que a energia interna do cubo de 20 ° C é muito maior porque há muito mais.

Um conceito particularmente importante é o equilíbrio termodinâmico . Em geral, quando dois objetos são colocados em contato térmico , o calor flui entre eles até que entrem em equilíbrio um com o outro.

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O que é energia interna – Primeira lei da termodinâmica – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Energia Interna – Primeira Lei da Termodinâmica. A energia interna de um sistema tende a aumentar se o calor for absorvido pelo sistema ou se um trabalho positivo for feito no sistema. Engenharia Térmica

Energia Interna – Energia Térmica

Energia potencial e energia cinética , discutidas nos capítulos anteriores, são formas macroscópicas de energia . Eles dependem de variáveis macroscópicas, como a posição e a velocidade dos objetos.

Na termodinâmica, energia interna (também chamada de energia térmica ) é definida como a energia associada a formas microscópicas de energia . É uma quantidade extensa , depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém. A unidade SI de energia interna é o joule (J) . É a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema. As formas microscópicas de energia incluem aquelas devidas à rotação , vibração, translação e interaçõesentre as moléculas de uma substância. Nenhuma dessas formas de energia pode ser medida ou avaliada diretamente, mas técnicas foram desenvolvidas para avaliar a mudança na soma total de todas essas formas microscópicas de energia.

Além disso, a energia é armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. Esse armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada a estados orbitais de elétrons, rotação nuclear e forças de ligação no núcleo.

A energia interna é representada pelo símbolo U , e a mudança na energia interna em um processo é U ₂ – U ₁ .

Energia Interna e a Primeira Lei da Termodinâmica

Na termodinâmica, o conceito de energia é ampliado para dar conta de outras mudanças observadas, e o princípio de conservação de energia é estendido para incluir uma ampla variedade de maneiras pelas quais os sistemas interagem com seus arredores. As únicas maneiras pelas quais a energia de um sistema fechado pode ser alterada são através da transferência de energia pelo trabalho ou pelo calor . Além disso, com base nos experimentos de Joule e outros, um aspecto fundamental do conceito de energia é que a energia é conservada. Este princípio é conhecido como a primeira lei da termodinâmica . A primeira lei da termodinâmica pode ser escrita de várias formas:

Em palavras:

conservação de energia em termodinâmica — Layout físico dos quatro principais dispositivos usados no ciclo Rankine e transferências básicas de energia.

Forma da equação:

IntE _int = Q – W

onde E _int representa a energia interna do material, que depende apenas do estado do material (temperatura, pressão e volume). Q é o calor líquido adicionado ao sistema e W é o trabalho líquido realizado pelo sistema. Devemos ser cuidadosos e consistentes ao seguir as convenções de sinal para Q e W. Como W na equação é o trabalho realizado pelo sistema, se o trabalho for realizado no sistema, W será negativo e E _int aumentará.

Da mesma forma, Q é positivo para o calor adicionado ao sistema; portanto, se o calor sai do sistema, Q é negativo. Isso nos diz o seguinte: A energia interna de um sistema tende a aumentar se o calor for absorvido pelo sistema ou se um trabalho positivo for feito no sistema. Por outro lado, a energia interna tende a diminuir se o calor for perdido pelo sistema ou se for feito um trabalho negativo no sistema. Deve-se adicionar Q e W dependem do caminho, enquanto E _int é independente do caminho.

Forma diferencial:

dE _int = dQ – dW

A energia interna E _int de um sistema tende a aumentar se a energia é adicionada como calor Q e tende a diminuir se a energia é perdida como o trabalho W realizado pelo sistema.

Vide também: Sistema aberto – Sistema fechado – Sistema isolado

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O que é energia interna de um gás ideal – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

Energia interna de um gás ideal. A energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura e do número de mols de gás. E = 3/2 nRT

Energia interna de um gás ideal

A energia interna é o total de toda a energia associada ao movimento dos átomos ou moléculas no sistema. As formas microscópicas de energia incluem aquelas devidas à rotação , vibração , tradução e interações entre as moléculas de uma substância.

Gás Monatômico

Para um gás ideal monatômico (como hélio, néon ou argônio), a única contribuição para a energia vem da energia cinética translacional . A energia cinética translacional média de um único átomo depende apenas da temperatura do gás e é dada pela equação

K _méd = 3/2 kT.

A energia interna de n moles de um gás monatômico ideal (um átomo por molécula) é igual à energia cinética média por molécula vezes o número total de moléculas, N:

E _int = 3/2 NkT = 3/2 nRT

onde n é o número de moles. Cada direção (x, ye z) contribui (1/2) nRT para a energia interna. É aqui que entra a idéia da equipartição de energia – qualquer outra contribuição para a energia também deve contribuir (1/2) nRT. Como pode ser visto, a energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura e do número de mols de gás.

Molécula Diatômica

Se as moléculas de gás contêm mais de um átomo, existem três direções de translação e a energia cinética rotacional também contribui, mas apenas para rotações em torno de dois dos três eixos perpendiculares. As cinco contribuições para a energia (cinco graus de liberdade) fornecem:

Gás ideal diatômico:

E _int = (5/2) NkT = (5/2) nRT

Esta é apenas uma aproximação e se aplica a temperaturas intermediárias. Em baixas temperaturas, apenas a energia cinética translacional contribui e, em temperaturas mais altas, duas contribuições adicionais (energia cinética e potencial) vêm da vibração.

A energia interna será maior a uma dada temperatura do que para um gás monatômico, mas ainda será uma função apenas da temperatura para um gás ideal.

A energia interna dos gases reais também depende principalmente da temperatura, mas, da mesma forma que a Lei do Gás Ideal , a energia interna dos gases reais também depende um pouco da pressão e do volume. Todos os gases reais se aproximam do estado ideal a baixas pressões (densidades). A baixas pressões, as moléculas estão suficientemente afastadas para que não interajam. A energia interna de líquidos e sólidos é bastante complicada, pois inclui energia potencial elétrica associada às forças (ou ligações “químicas”) entre átomos e moléculas.

Segunda Lei de Joule

Para qualquer gás cuja equação de estado seja dada exatamente por pV = nRT (ou pv = RT), a energia interna específica depende apenas da temperatura. Essa regra foi originalmente encontrada em 1843 por Joule experimentalmente para gases reais e é conhecida como segunda lei de Joule :

A energia interna de uma massa fixa de um gás ideal depende apenas de sua temperatura (não pressão ou volume).

A entalpia específica de um gás descrita por pV = nRT também depende apenas da temperatura. Observe que a entalpia é a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. É igual à energia interna do sistema mais o produto de pressão e volume. Em variáveis intensivas, a segunda lei de Joule é dada por h = h (T) = u (T) + pv = u (T) + RT .

Essas três equações constituem o modelo de gás ideal, resumido da seguinte forma:

pv = RT

u = u (T)

h = h (T) = u (T) + RT

Energia microscópica

A energia interna envolve energia na escala microscópica . Pode ser dividido em energia microscópica potencial, _poteU e energia cinética microscópica, U _kin , componentes:

U = U _pote + U _parentes

onde a energia cinética microscópica, U _kin , envolve os movimentos de todas as partículas do sistema em relação à estrutura do centro de massa. Para um gás monatômico ideal , essa é apenas a energia cinética translacional do movimento linear dos átomos. Partículas monoatômicas não giram ou vibram. O comportamento do sistema é bem descrito pela teoria cinética dos gases. A teoria cinética baseia-se no fato de que durante uma colisão elástica entre uma molécula com alta energia cinética e outra com baixa energia cinética, parte da energia será transferida para a molécula de energia cinética inferior. No entanto, para gases poliatômicos, existem rotações eenergia cinética vibracional também.

A energia potencial microscópica, U _pot , envolve as ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas, as forças de ligação no núcleo e também os campos de força física no sistema (por exemplo, campos elétricos ou magnéticos).

Em líquidos e sólidos, há um componente significativo da energia potencial associada às forças de atração intermoleculares .

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O que é energia interna específica – Definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

A energia interna específica (u) de uma substância é sua energia interna por unidade de massa. É uma propriedade intensiva. É igual à energia interna total (U) dividida pela massa total (m). Engenharia Térmica

Energia interna específica

A energia interna específica (u) de uma substância é sua energia interna por unidade de massa. É uma propriedade intensiva . É igual à energia interna total (U) dividida pela massa total (m).

u = U / m

Onde:

u = energia interna específica (J / kg)

U = energia interna (J)

m = massa (kg)

Energia Interna – Energia Térmica

A energia interna é representada pelo símbolo U , e a mudança na energia interna em um processo é U ₂ – U ₁ .

Energia microscópica

A energia interna envolve energia na escala microscópica . Pode ser dividido em energia microscópica potencial, _poteU e energia cinética microscópica, U _kin , componentes:

U = U _pote + U _parentes

Em líquidos e sólidos, há um componente significativo da energia potencial associada às forças de atração intermoleculares .

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O que é energia microscópica – definição

2020-01-292019-11-10 Por Nick Connor

A energia interna envolve energia na escala microscópica. Pode ser dividido em energia potencial microscópica, Upot e energia cinética microscópica, Ukin. Engenharia Térmica

Energia microscópica

A energia interna envolve energia na escala microscópica . Pode ser dividido em energia microscópica potencial, _poteU e energia cinética microscópica, U _kin , componentes:

U = U _pote + U _parentes

Em líquidos e sólidos, há um componente significativo da energia potencial associada às forças de atração intermoleculares .

Energia interna de um gás ideal

Gás Monatômico

K _méd = 3/2 kT.

A energia interna de n moles de um gás monatômico ideal (um átomo por molécula) é igual à energia cinética média por molécula vezes o número total de moléculas, N:

E _int = 3/2 NkT = 3/2 nRT

Molécula Diatômica

Gás ideal diatômico:

E _int = (5/2) NkT = (5/2) nRT

A energia interna será maior a uma dada temperatura do que para um gás monatômico, mas ainda será uma função apenas da temperatura para um gás ideal.

Segunda Lei de Joule

A energia interna de uma massa fixa de um gás ideal depende apenas de sua temperatura (não pressão ou volume).

Essas três equações constituem o modelo de gás ideal, resumido da seguinte forma:

pv = RT

u = u (T)

h = h (T) = u (T) + RT

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