Внутренняя энергия

Внутренняя энергия системы является свойством материи. Внутренняя энергия на основании кинетической теории реального газа включает в себя:

-кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного

движения частиц;

-потенциальную энергию взаимодействия частиц

-энергию электронных оболочек атомов;

-внутриядерную энергию.

В большинстве теплоэнергетических процессов две последние составляющие остаются неизменными. Поэтому в дальнейшем под внутренней энергией реального газа будем понимать энергию хаотического движения молекул и атомов, включающую кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного движений как молекулярного, так и внутримолекулярного вида, а также потенциальную энергию сил парных взаимодействия между молекулами.

При Т = 0 в атомах сохраняется только движение электронов и вн. энэ. при этом называется нулевой внутренней энергией.

Внутренняя энергия системы обозначается буквой U и определяется как функция параметров состояния и поэтому называется функцией состояния (в отличие от теплоты и работы, являющихся функциями процесса – мат. – неполными дифф.).

Принципиальным признаком функцией состояния служит то, что она является полным дифференциалом и потому при осуществлении процесса определяются только начальными и конечными значениям функции, не учитывая характер процесса (изохорный, изобарный или другой), т.е.

В отличие от внутренней энергии функции тепла или работы не является полным дифференциалом и потому при осуществлении процесса определяются не только начальными и конечными значениям функции, но и учитывается характер процесса (т.е изменение и параметров состояния).Вследствие этого, например

Кинетическая энергии молекул является функцией температуры и зависит от средней скорости молекул. Значение потенциальной энергии, возникающей при парном взаимодействии молекул, зависит от среднего расстояния между молекулами и, следовательно, является функцией удельного объема v.

Внутренняя энергия U идеального газа, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, не зависит от объема газа или давления, а определяется только его температурой.

Для сложной системы, состоящей из смеси газов, она определяется суммой энергий отдельных частей, т. е. обладает свойством аддитивности.

Величина u=U/M, называемая удельной внутренней энергией (Дж/кг), представляет собой внутреннюю энергию единицы массы вещества.

Для задач технической термодинамики важно не абсолютное значение внутренней энергии, а ее изменение в различных термодинамических процессах. Поэтому начало отсчета внутренней энергии может быть выбрано произвольно.

Например, в соответствии с международным соглашением для воды за нуль принимается значение внутренней энергии при температуре 0,01 °С и давление насыщенного водяного пара при этой температуре 610,8 Па, а для идеальных газов—при О °С вне зависимости от давления.

В дальнейшем для краткости будем называть величину и просто внутренней энергией.

Дифференциал внутренней энергии равен

,

где c_v – истинная удельная массовая теплоёмкость при постоянном объёме, Т – температура рабочего тела.

В практических расчётах приращение внутренней энергии определяется формулой

где - средняя теплоёмкость при постоянном объёме в интервале температур t₁ и t₂.