Поняття внутрішня енергія стосується термодинаміки, статистичної фізики, а також фізики суцільних середовищ. Всяка термодинамічна система складається з величезної кількості часток. Енергія руху і взаємодії цих часток називається енергією системи. Повна енергія термодинамічної системи розділяється на зовнішню і внутрішню. Частина енергії, що складається з енергії руху системи як цілого і потенціальної енергії, називається зовнішньою енергією, друга частина — відноситься до внутрішньої енергії. [1]
З позиції молекулярно-кінетичної теорії внутрішня енергія системи вимірюється рівнем кінетичної енергії молекул цього тіла, проте подібні погляди недостатні для пояснення всіх відомих явищ виділення енергії (хімічні , атомно-ядерні реакції, тощо). Питання про істинну природу внутрішньої енергії тіл тісно пов'язане з вивченням будови матерії, що виходить за рамки можливостей першого закону термодинаміки. В основу побудови феноменологічної термодинаміки покладено загальне визначення внутрішньої енергії тіл і систем, яке не обмежує можливостей строгої побудови цієї науки на базі постулатів загальнолюдського досвіду. [2]
З цієї точки зору: Внутрішньою енергією рівноважної термодинамічної системи називається повний запас енергії внутрішнього стану системи, визначуваний залежно від деформаційних координат і температури.
{\displaystyle U=U(x_{1},x_{2},...x_{n},t)}
Повний запас енергії внутрішнього стану системи ({\displaystyle U}) не мoже вважатись відомим ні на якому рівні розвитку природознавства, проте ця обставина не обмежує рівня спільності і точності математичних виразів основних принципів і розрахункових співвідношень термодинаміки, оскільки в ці співвідношення входять лише величини зміни внутрішньої енергії. [2] Перелік складових частин повної енергії, що входять у внутрішню енергію, непостійний і залежить від вирішуваної задачі. Інакше кажучи, внутрішня енергія — це не специфічний вид енергії, а сукупність тих змінюваних складових частин повної енергії системи, які слід враховувати в конкретній ситуації. [3]
Визначення супутніх ічна система — виділена з довкілля макроскопічна частина простору, обмежена реальною або уявною поверхнею розділу. Термодинамічними системами вважають тільки ті макроскопічні системи, що знаходяться в рівноважному стані. [4]Макроскопічними параметрами термодинамічної системи називають всі макроскопічні ознаки, що характеризують таку систему в її ставленні до навколишніх тіл. [5]Стан термодинамічної системи — сукупність незалежних макроскопічних параметрів, що визначають її властивості. [6]Термодинамічний процес — сукупність змін стану термодинамічної системи при переході з одного рівноважного стану в другий. [7]
Історична довідкаРедагувати
Поняття внутрішня енергія ввів у термодинаміку Рудольф Клаузіус (1850) , що не стурбувався привласненням спеціального найменування функції {\displaystyle U}, використаною вченим в математичному формулюванні першого закону термодинаміки.[8] Згодом Клаузіус називав функцію {\displaystyle U} просто енергією. Вільям Томсон (лорд Кельвін) (1851) в статті «Про динамічну теорію теплоти дав цій новій фізичній величині прийняте донині трактування і назву Механічна енергія. Термін внутрішня енергія (internal energy) належить У. Ренкіну.
Властивості внутрішньої енергіїРедагуватиВнутрішня енергія є скалярна величина, яка не залежить від вибору системи відліку. В її состав не входить кінетична енергія руху і потенційна енергія положення системи як єдиного цілого, а також кінетична
енергія середовища у середині системи (енергія зміщення елементарних областей при деформації твердих тіл і енергія потоків рідин і газів в середовищі).
Внутрішня енергія є величина аддитивна, тобто внутрішня енергія системи дорівнює сумі внутрішніх енергій її підсистем.Внутрішня енергія задається з точністю до постійного доданку, що залежить від обраного нуля відліку (наприклад, °C і 760 мм рт. ст.)Внутрішня енергія є функцією стану термодинамічної системи.
На останній властивості ми зупинимося окремо.
Функції стану і функції процесів в термодинаміціРедагувати
Рис. Термодинамічний цикл
1. Функції змінних величин, які залежать від початкового і кінцевого станів системи і не залежать від шляху процесу, називаються функціями стану. Функції стану — це характеристики, які в кожній точці термодинамічної системи мають цілком певне значення, наприклад: внутрішня енергія, ентальпія, ентропія і так далі. Пояснемо це на прикладі. Візьмемо довільну термодинамічну систему, в якій відбувається деякий круговий термодинамічний процес, зображений на рисунку. Для наочності представимо його графічно в координатах {\displaystyle {P-V}}. Під час проходження циклу система отримує теплоту {\displaystyle Q_{c}} і здійснює роботу {\displaystyle A_{c}} . При цьому, відповідно до закону збереження і перетворення енергії, має виконуватися рівність.
В физике надо бы осторожнее со словом обращаться. Не бывает положительной или отрицательной инерции.
Инерция это свойство материи сохранять состояние прямолинейного равномерного движения или покоя, когда на него не действуют силы или их равнодействующая равна нулю.
Речь, вероятно идет о полезных и вредных для человека проявлениях инерции.
Мы вытряхиваем коврик. В момент, когда придав движение коврику мы его резко останавливаем, пылинки, сор, продолжая движение по инерции слетают с коврика. Вот полезное применение.
При повороте автобуса, пассажиры, находящиеся в нем, по инерции продолжаю двигаться в том направлении, куда двигался ранее автомобиль. Если не поберечься, можно получить значительные повреждения. И, вообще, больше всего травм при авариях на дороге причиняет именно инерция. Вот вредное проявление.
В принципе, вредным или полезным его делает человек. Инерция, к примеру, давно используется оружейниками для автоматизации перезаряда, есть инерционные датчики, или останавливающие движение, когда частота достигнет некоторой заданной величины
F1 = mg =pVg =10^3кг/м3*0,5м3*10Н/кг=5*10^3 кН