CCF20091206006

1.6.    Energia wewnętrzna

Materia, tworząca układ termodynamiczny, stanowi zbiór cząsteczek i atomów. Każda cząsteczka znajduje się w ruchu, ma więc określoną energię kinetyczną. Cząsteczki oddziałują wzajemnie na siebie, a więc istnieje energia ich wzajemnego oddziaływania.

Na energię E układu termodynamicznego składają się energia kinetyczna E_k i potencjalna E_p układu rozpatrywanego jako całość oraz energia o pozostałych możliwych postaciach zawarta w układzie — zsumowana w jedną wielkość, zwaną energią wewnętrzną U. Można to zapisać następująco

E=U + E_k + E_p    (U)

Energia wewnętrzna układu jest sumą energii o różnej postaci, a więc energii związanej z ruchem i położeniem cząsteczek, energii związanej ze strukturą atomów, energii wiązań chemicznych i in.

Energia wewnętrzna stanowi parametr stanu, gdyż zależy jedynie od stanu układu. Jest ona także parametrem ekstensywnym*’, gdyż jej wartość zależy od masy czynnika termodynamicznego.

Energię wewnętrzną danej masy czynnika oznaczamy symbolem U, natomiast energię wewnętrzną odniesioną do jednostki masy substancji symbolem u, a więc

U

u = — m

przy czym u jest oczywiście parametrem intensywnym i nazywa się go energią wewnętrzną właściwą.

1.7.    Praca i ciepło

Najczęściej występującym oddziaływaniem między dwoma układami termodynamicznymi (z których jednym może być otoczenie) jest oddziaływanie energetyczne. Polega ono na wymianie energii. Układy otwarte, niezależnie od oddziaływania energetycznego, mogą wymieniać

*’ Ekstensywny (z jęz. łac. extensivus — rozszerzający) — rozciągły, obszerny, jako przeciwieństwo do intensywny nie oznacza zmiany jakościowej, lecz jedynie ilościowe zwiększanie (p. str. 15).

między sobą czynnik termodynamiczny (masę). Natomiast między układami zamkniętymi może zachodzić tylko oddziaływanie ener-|i<'lyczne. Istnieją dwie formy tego oddziaływania — praca i ciepło.

Praca jest zwykle przedstawiana w postaci działania siły F na pewnej ilrodze x między punktami 1 i 2.

/nająć rachunek całkowy, można udowodnić, że praca ma prostą min pretację graficzną (rys. 1.11). Jest ona równa polu zakreskowanemu |hhI krzywą zmiany siły F w funkcji drogi x.

	1		2
			^k“i l l p l l LJ_I

Rys. 1.12. Układ złożony z cylindra z tłokiem wykonującym pracę L = p{V₂-V_i)

IIVN. 1.11. Interpretacja graficzna pracy

Typowym w termodynamice przykładem wykonywania pracy jest oddziaływanie tłoka na czynnik termodynamiczny zamknięty w cylind-i ze (rys. 1.12). W tym przypadku siła działająca na tłok jest wywoływana ciśnieniem czynnika zawartego w cylindrze, a wykonanie pracy wiąże się /,0 zmianą objętości układu. Po przesunięciu tłoka od położenia 1 do położenia 2 wykonana praca wyniesie

L = p(V^r2-V_t)    (1.2)

Obliczona praca jest pracą mechaniczną i nazywa się ją pracą zewnętrzną lub pracą absolutną. Przyjęto umowną zasadę, że praca wykonana przez układ ma znak dodatni, praca zaś związana z oddziaływaniem otoczenia na układ — znak ujemny.

Na podkreślenie zasługuje fakt, że praca nie jest parametrem stanu, ponieważ zależy nie tylko od stanu początkowego i końcowego

27