Ներքին էներգիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Ներքին էներգիա, մարմնի մասնիկների՝ մարմնի զանգվածների կենտրոնի նկատմամբ քաոսային շարժման կինետիկ էներգիաների և փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիաների գումարն է։ Ջերմադինամիկան ուսումնասիրում է մակրոսկոպական մարմիններում տեղի ունեցող ջերմային երևույթները։ Իսկ մակրոսկոպական մարկմինները բացի մեխանիկական էներգիայից օժտված են նաև ներքին էներգիայով։ Ծանոթ լինելով մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնադրույթներին՝ դժվար չէ հասկանալ, թե ինչ ծագում ունի մարմնի ներքին էներգիան։ Քանի որ մարմնի մասնիկները անընդհատ շարժման մեջ են և փոխազդում են միմյանց հետ ապա մարմինը օժտված կլինի էներգիայով, որն անվանում են ներքին էներգիա։ Մարմնի ներքին էներգիայի մեջ ներդրում չի տալիս մարմնի՝ որպես ամբողջություն. շարժման կինետիկ էներգիան և այլ մարմինների հետ փոծազդեցության պոտենցիալ էներգիան։ Ներքին էներգիայի մեջ հաշվառվում են նաև ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնների և միջուկների շարժման և փոխազդեցության էներգիան, սակայն ջերմադինամիկայում դիտարկվող ջերմաստիճանների փոփոխությունների համար այդ ներմասնիկային էներգիան մնում է հաստատուն, ուստի՝ այն ջերմային պրոցեսներն ուսունասիրոլիս կարելի է հաշվի չառնել։

Սահմանենք լրիվ մեխանիկական էներգիան.

։

Եթե մարմինը դադարի վիճակում է =0 և չի փոխազդում այլ մարմինների հետ՝ , ապա լրիվ էներգիան համընկնում է ներքին էներգիայի հետ։ Քանի որ ջերմադինամիկական համակարգի վիճակը միարժեքորեն որոշվում է մակրոսկոպական պարամետրով, ապա ներքին էներգիան ևս միարժեքորեն կախված է այդ պարամետրից։ Իրոք, մասնիկների շարժման միջին կինետիկ էներգիան կախված է մարմնի T ջերմաստիճանից, իսկ նրանց փոխազդեցության էներգիան միջմասնիկային միջին հեռավորությունից, ուստի՝ և մարմնի V ծավալից։ Այսպիսով մարմնի ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից և ծավալից։

Ստանանք ներքին էներգիայի արտահայտությունը միատոմ իդեալական գազի համար։ Իդեալական գազի մասնիկները միմյանց հետ չեն փոխազդում, ուստի՝ գազի ներքին էներգիան միայն մասնիկների շարժման կինետիկ էներգիաների գումարն է։ Մեկ մասնիկին բաժին ընկնող միջին էներգիան բազմապատկելով գազի մասնիկների N թվով՝ նեքին էներգիայի համար կստանանք.

։

Այսպիսով՝ միատոմ իդեալական գազի ներքին էներգիան ուղիղ համեմատական է բացարձակ ջերմաստիճանին, մասնիկների թվին և կախված չէ գազի ծավալից։ Եթե բանաձևում մասնիկների թիվն արտահայտենք գազի m զանգվածի և M մոլային զանգվածի միջոցով, ապա կստանանք

=։