Каким образом определяется изменение внутренней энергии системы?

Solnechnyy_Svet_8456

53

Изменение внутренней энергии системы определяется суммой работы \(W\), произведенной над системой, и теплоты \(Q\), переданной системе. Это выражается в первом законе термодинамики, также известном как закон сохранения энергии.

Математически это можно записать следующим образом:

\(\Delta U = Q + W\)

Где:
\(\Delta U\) - изменение внутренней энергии системы
\(Q\) - теплота, переданная системе
\(W\) - работа, произведенная над системой

Теплота \(Q\) определяется как энергия, переданная телу из-за разницы в температуре между телом и его окружающей средой. Если теплота передается системе, то она положительная, а если система отдает тепло окружающей среде, то теплота отрицательная.

Работа \(W\) может быть выполнена над системой различными способами, включая механическую работу, электрическую работу и другие формы работы. Если работа делается системой на окружающую среду, то она отрицательная, а если окружающая среда совершает работу над системой, то работа положительна.

Важно отметить, что изменение внутренней энергии системы не зависит от пути, по которому система достигает своего конечного состояния. Оно зависит только от начального и конечного состояния системы.

Для более детального понимания и примеров, давайте рассмотрим следующую ситуацию: предположим, что у нас есть замкнутая система (такая как идеальный газ), процесс происходит адиабатически (без теплообмена с окружающей средой), и нет изменения состава системы (нет химических реакций). В этом случае изменение внутренней энергии системы будет определяться только работой \(W\), произведённой над системой.

Например, если система расширяется (выполняется работа), то \(W\) будет положительной, и внутренняя энергия системы увеличится. Если система сжимается (работает на окружающую среду), то \(W\) будет отрицательной, и внутренняя энергия системы уменьшится.

В случае с теплообменом (\(Q \neq 0\)), изменение внутренней энергии системы будет включать и теплоту, переданную системе. Таким образом, изменение внутренней энергии системы определяется как сумма работы и теплоты.