1954687379

Pod pojęciem energii cieplnej układu termodynamicznego (ciała) rozumie się tę część energii wewnętrznej, która ulega zmianie, gdy zmienia się temperatura rozpatrywanego układu lub nad układem jest wykonywana praca.

Jeśli więc ani energia jądrowa, ani chemiczna nie jest uwalniana w rozpatrywanym procesie termodynamicznym, to pod pojęciem energii wewnętrznej układu termodynamicznego w stanie równowagi będziemy rozumieli wielkość I/, którą zadaje relacja

U = £_calk - e£! - £$£^r) - Epot,    (9)

gdzie EjfJ — energia kinetyczna ruchu postępowego środka masy, E^^ — energia kinetyczna ruchu obrotowego układu, E_pot — energia potencjalna układu termodynamicznego w polu sił zachowawczych. Jak widzimy, wkłady do U dają trzy pierwsze rodzaje energii z wymienionych powyżej¹³.

Energia wewnętrzna U jest przekazywana z jednego do drugiego układu między innymi wtedy, gdy ich temperatury są różne. Ilość przenoszonej wówczas energii wewnętrznej nazywamy ciepłem. Z tego powodu często energia wewnętrzna nazywana bywa potocznie ciepłem¹⁴.

Zauważmy, że energię wewnętrzną U można zmieniać, wykonując pracę nad układem termodynamicznym. Miarą tej zmiany jest ilość pracy wykonanej nad układem. To, że można przekazywać energię wewnętrzną nie tylko za pomocą wymiany ciepłą, widać na prostym przykładzie. Jeśli sprężamy gaz, to wykonujemy nad nim pracę, a jego temperatura rośnie (jak gdybyśmy go ogrzewali). Wzrasta więc także jego energia wewnętrzna, mimo że nie przekazaliśmy mu żadnego ciepła.

Jak widzimy, energię wewnętrzną gazu można zmienić na dwa sposoby: wykonując nad nim pracę lub ogrzewając go. W tym kontekście możemy stwierdzić, że wykonanie pracy i przepływ ciepła są dwoma różnymi sposobami przekazu energii wewnętrznej U.

Ciepło i praca są ze sobą powiązane. Doświadczalnie ustalono wartość mechanicznego równoważnika ciepła

oraz cieplny równoważnik pracy

i = 0,239    1J = 0,239 cal,

A    J

gdzie 1 cal (kaloria) jest ilością ciepła, którą należy dostarczyć jednemu gramowi wody, aby jego temperatura wzrosła od 14,5°C do 15,5°C.

¹³W tym kontekście należy zauważyć, że w niniejszym opracowaniu nie zajmujemy się termodynamiką elektrowni atomowych, w których wykorzystuje się energię rozszczepienia jąder ciężkich. U podstaw fizycznych działania tych elektrowni leży najsłynniejsze i jedno z najkrótszych równań fizyki XX wieku [29], a mianowicie E = mc².

¹⁴Znaczenie słowa ciepło zależy więc od kontekstu, w jakim jest ono używane.

13