Energia wewnętrzna w (termodynamice) - (ozn. zwykle jako U, lub Ep,) część energii układu zależna tylko od jego stanu wewnętrznego, stanowi ona sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu oraz energii ruchu cieplnego cząsteczek.
Jest jednym z parametrów (potencjałów) termodynamicznych. Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu, którą dla gazu można wyrazić przez dowolne dwa z trzech parametrów; ciśnienie, objętość, temperatura
Druga zasada termodynamiki
Z doświadczenia wiemy, że są procesy zgodne z zasadą zachowania energii, które nigdy nie występują w przyrodzie. Na przykład, nigdy nie obserwujemy, by kamień leżący na podłodze spontanicznie się oziębił i wzniósł do sufitu, uzyskując kosztem ciepła energię potencjalną. Nie spodziewamy się też, by w słoneczny letni dzień zamarzł staw, oddawszy energię wewnętrzną otoczeniu. Zadaniem drugiej zasady termodynamiki jest włączyć do termodynamiki takie fakty doświadczalne, jej podstawą jest zdrowy rozsądek [Huang].
Wszystkie poniższe sformułowania drugiej zasady termodynamiki są równoważne:
Clausius (1850): Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika chłodniejszego i przekazanie go do zbiornika cieplejszego (nie jest możliwe zbudowanie idealnej maszyny chłodzącej)
Kelvin (1851): Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika i całkowita zamiana tego ciepła na pracę mechaniczną.
Późniejsze od sformułowania Kelvina jest sformułowanie podane przy pomocy pojęcia silnika termodynamicznego
Planck: Nie możliwe jest zbudowanie silnika termodynamicznego pracującego cyklicznie, który całe pobrane ciepło zamieniałby na pracę (nie jest możliwe zbudowanie idealnego silnika cieplnego - czyli perpetuum mobile drugiego rodzaju).
Dla sprawności silnika cieplnego, z teorią których druga zasada jest związana, oznacza to, że sprawność silników cieplnych jest mniejsza od jedności
Druga zasada termodynamiki pozwala na zdefiniowanie bezwzględnej skali temperatur Kelvina identycznej ze skalą temperatury gazu doskonałego.
Pozwala ona też na wprowadzenie użytecznej funkcji stanu nazywanej entropią. Związana jest z pojęciem procesów odwracalnych i nieodwracalnych,z kierunkiem procesów zachodzących samorzutnie w układach izolowanych, z kierunkowością zjawisk w przyrodzie. Za pomocą pojęcia entropii druga zasada termodynamiki daje się wysłowić:
Boltzmann: Entropia układu izolowanego nie maleje.
Druga zasada termodynamiki nie jest ścisłym prawem przyrody, ma jedynie charakter statystyczny. Zdarzenia sprzeczne z nią mogą w rzeczywistości zajść, lecz są mało prawdopodobne. Ściślej mówiąc są tym mniej prawdopodobne, im więcej cząstek liczy układ termodynamiczny. II zasada termodynamiki dobrze sprawdza się w skali makro, gorzej w skali mikro. W zaawansowanym wykładzie mechaniki statystycznej dowodzi się nawet, że pewne wydarzenia sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki z pewnością będą miały miejsce (twierdzenie Poincare'go o powrocie). Jednak czas, jaki przychodzi czekać na tego typu zajście w makroskopowym układzie, znacznie przekracza wiek wszechświata, możemy się więc „nie doczekać”...
Napięcie powierzchniowe to zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym, lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (przyciągający do wnętrza cieczy). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono także zawsze na granicy faz termodynamicznych.
Efektem napięcia powierzchniowego jest np. utrudnione zanurzanie w cieczy ciał nie podatnych na zwilżanie tą cieczą (znika ono w momencie całkowitego zanurzenia takiego ciała). Innym zjawiskiem związanym z napięciem powierzchniowym jest podnoszenie się (np. woda) lub opadanie (np. rtęć) cieczy w wąskich rurkach, tzw. kapilarach - zjawisko to należy do zjawisk kapilarnych.
Wysokie napięcie powierzchniowe na granicy faz A i B oznacza, że siły spójności (kohezji) wewnątrz faz A-A i B-B są większe niż siły przylegania (adhezji) na granicy faz A-B.
Substancjami zmniejszającymi napięcie powierzchniowe są tzw. surfaktanty czyli związki powierzchniowo czynne np. emulgatory oraz mydła i detergenty. Podobne do siebie charakterem ciecze z reguły mieszają się (reguła "podobne w podobnym"), natomiast nie chcą się mieszać ciecze polarne z niepolarnymi (zobacz mieszalność cieczy). Surfaktantami są najczęściej cząsteczki posiadające polarną głowę (np. spolaryzowane grupy funkcyjne ulegajace w roztworze jonizacji) oraz apolarny (niepolarny) ogon (np. łańcuch alifatyczny). Ich działanie najczęściej polega na adsorpcji cząsteczek na granicy 2 faz w ten sposób, że część polarna jest skierowana do fazy bardziej polarnej co umożliwia utworzenie emulsji (roztworu koloidalnego).
Van der Waalsa równanie, równanie wyrażające zależność między ciśn. p, temp. T i objętością właściwą v gazu, będące dobrym przybliżeniem równania stanu gazu rzeczywistego; (p + a/v2)(v - b) = RT (R — stała gazowa, a — stała uwzględniająca oddziaływania międzycząsteczkowe, b — skończona objętość