Quando você pensa na palavra "energia", provavelmente pensa em algo como a energia cinética de um objeto em movimento, ou talvez a energia potencial que algo possa possuir devido à gravidade.

No entanto, no microscópico Em escala, a energia interna de um objeto é mais importante do que essas formas macroscópicas de energia. Essa energia resulta, em última análise, do movimento das moléculas, e geralmente é mais fácil de entender e calcular se você considerar um sistema fechado simplificado, como um gás ideal.
Qual é a energia interna de um sistema?

Energia interna é a energia total de um sistema fechado de moléculas, ou a soma da energia cinética molecular e da energia potencial em uma substância. A cinética macroscópica e as energias potenciais não importam para a energia interna - se você mover todo o sistema fechado ou alterar sua energia potencial gravitacional, a energia interna permanecerá a mesma.

Como seria de esperar de um sistema microscópico, calcular a energia cinética da multidão de moléculas e suas energias potenciais seria uma tarefa desafiadora - se não praticamente impossível -. Portanto, na prática, os cálculos da energia interna envolvem médias, e não o processo meticuloso de calculá-la diretamente.

Uma simplificação particularmente útil é tratar um gás como um "gás ideal", que se supõe não ter forças intermoleculares e, portanto, essencialmente nenhuma energia potencial. Isso torna o processo de cálculo da energia interna do sistema muito mais simples, e não está longe de ser preciso para muitos gases.

A energia interna às vezes é chamada de energia térmica, porque a temperatura é essencialmente uma medida da energia interna. energia de um sistema - é definida como a energia cinética média das moléculas no sistema.
Equação interna de energia

A equação interna de energia é uma função de estado, o que significa que seu valor em um determinado momento depende de o estado do sistema, não como chegou lá. Para energia interna, a equação depende do número de mols (ou moléculas) no sistema fechado e de sua temperatura em Kelvins.

A energia interna de um gás ideal possui uma das equações mais simples:
U \u003d \\ frac {3} {2} nRT

Onde n
é o número de moles, R
é a constante universal de gás e T
é a temperatura do sistema. A constante de gás tem o valor R
\u003d 8,3145 J mol ^{- 1 K - 1, ou cerca de 8,3 joules por mole por Kelvin. Isso fornece um valor para U
em joules, como seria de esperar para um valor de energia, e faz sentido que temperaturas mais altas e mais moles da substância levem a uma energia interna mais alta. Primeira lei da termodinâmica}

A primeira lei da termodinâmica é uma das equações mais úteis ao lidar com energia interna, e afirma que a mudança na energia interna de um sistema é igual ao calor adicionado ao sistema menos o trabalho realizado pelo sistema (ou, mais o trabalho realizado no sistema). Em símbolos, é o seguinte:
U \u003d Q-W

Esta equação é realmente simples de trabalhar, desde que você saiba (ou possa calcular) a transferência de calor e o trabalho realizado. No entanto, muitas situações simplificam ainda mais as coisas. Em um processo isotérmico, a temperatura é constante e, como a energia interna é uma função de estado, você sabe que a mudança na energia interna é zero. Em um processo adiabático, não há transferência de calor entre o sistema e seus arredores, portanto, o valor de Q
é 0 e a equação se torna:
\u003dU \u003d -W

Um processo isobárico é aquele que ocorre a uma pressão constante, e isso significa que o trabalho realizado é igual à pressão multiplicada pela mudança de volume: W
\u003d P
∆ V
. Os processos isocóricos ocorrem com um volume constante e, nesses casos, W
\u003d 0. Isso deixa a mudança na energia interna igual ao calor adicionado ao sistema:
\u003dU \u003d Q

Even se você não pode simplificar o problema de uma dessas maneiras, para muitos processos, não há trabalho realizado ou pode ser facilmente calculado; portanto, encontrar a quantidade de calor ganho ou perdido é a principal coisa a ser executada.