İç enerji

Yazar: Leandro Alegsa

18-05-2022

Termodinamikte, termodinamik bir sistemin veya sınırları iyi tanımlanmış bir cismin U veya bazen E ile gösterilen iç enerjisi, moleküllerin hareketinden (öteleme, dönme, titreşim) kaynaklanan kinetik enerji ile moleküller veya kristaller içindeki atomların titreşim ve elektrik enerjisi ile ilişkili potansiyel enerjinin toplamıdır. Tüm kimyasal bağlardaki enerjiyi ve metallerdeki serbest, iletim elektronlarının enerjisini içerir.

İç enerji termodinamik bir potansiyeldir ve sabit entropide tutulan kapalı bir termodinamik sistem için minimize edilecektir.

Elektromanyetik veya kara cisim radyasyonunun iç enerjisi de hesaplanabilir. Bu, bir sistemin durum fonksiyonudur, kapsamlı bir niceliktir. SI enerji birimi joule'dür, ancak ısı için (küçük ve büyük) kalori gibi diğer tarihsel, geleneksel birimler hala kullanılmaktadır. (Klasik gıda etiketlerinde yer alan kaloriler aslında kilo-kaloridir).

Genel Bakış

İç enerji, bir bütün olarak bir cismin öteleme veya dönme kinetik enerjisini içermez. Ayrıca rölativistik kütle-enerji eşdeğeri E = mc'yi de içermez² . Bir cismin dış yerçekimi veya elektrostatik alandaki konumu nedeniyle sahip olabileceği potansiyel enerjiyi içermez, ancak indüklenmiş bir elektrik veya manyetik dipol momenti nedeniyle bir alanda sahip olduğu potansiyel enerji, katıların deformasyon enerjisi (stres-gerinim) gibi sayılır.

Klasik istatistiksel mekanikteki enerji eşitliği ilkesi, her bir moleküler serbestlik derecesinin 1/2 kT enerji aldığını belirtir; bu sonuç, kuantum mekaniği belirli anormallikleri açıkladığında değiştirilmiştir; örneğin, kristallerin gözlemlenen özgül ısılarında (hν > kT olduğunda). Tek atomlu helyum ve diğer asal gazlar için iç enerji yalnızca tek tek atomların öteleme kinetik enerjisinden oluşur. Elbette tek atomlu parçacıklar (hissedilebilir şekilde) dönmez veya titreşmez ve çok yüksek sıcaklıklar dışında elektronik olarak daha yüksek enerjilere uyarılmazlar.

İstatistiksel mekanik açısından iç enerji, sistemin toplam enerjisinin topluluk ortalamasına eşittir.

Sorular ve Yanıtlar

S: İç enerjiyi ifade etmek için kullanılan sembol nedir?

C: İç enerjiyi ifade etmek için kullanılan sembol U veya bazen E'dir.

S: İç enerji ne tür enerjileri içerir?

C: İç enerji, moleküllerin hareketinden kaynaklanan kinetik enerjiyi (öteleme, dönme, titreşim) ve moleküller veya kristaller içindeki atomların titreşim ve elektrik enerjisi ile ilişkili potansiyel enerjiyi içerir. Ayrıca tüm kimyasal bağlardaki enerjiyi ve metallerdeki serbest iletim elektronlarını da içerir.

S: İç enerji bir durum fonksiyonu mudur?

C: Evet, iç enerji termodinamik bir potansiyeldir ve bir sistemin durum fonksiyonudur.

S: İç enerjiyi ölçmek için hangi birim kullanılır?

C: İç enerjiyi ölçmek için SI birimi joule'dür, ancak kalori gibi diğer tarihsel birimler hala kullanılmaktadır.

S: Entropi iç enerjileri nasıl etkiler?

C: Sabit entropide tutulan kapalı bir termodinamik sistem için iç enerjileri minimize edilecektir.

S: Elektromanyetik radyasyonun veya kara cisim radyasyonunun iç enerjilerini hesaplayabilir misiniz?

C: Evet, elektromanyetik radyasyonun veya kara cisim radyasyonunun iç enerjilerini hesaplamak mümkündür.

S: Gıda etiketleri kalorileri listelerken doğru mudur?

C: Hayır, gıda etiketleri kalorileri listelerken doğru değildir çünkü aslında bunun yerine kilo-kaloriye atıfta bulunurlar.