Любая термодинамическая система обладает запасом энергии. Суммарная энергия системы складывается из суммы энергий различных видов, присущих соответствующим формам движения материи: тепловой, химической, ядерной и др. Понятие энергии неисчерпаемо как в макромире, так и в микромире. В дальнейшем будем рассматривать замкнутую термодинамическую систему, неподвижную относительно поверхности Земли, и без учета сил ее гравитационного взаимодействия с Землей. Энергию такой термодинамической системы назовем внутренней энергией.
Термодинамика не занимается общим запасом внутренней энергии тела, она имеет дело с изменением внутренней энергии тела (системы) при различных процессах механического и теплового энергетического взаимодействия тела и окружающей среды. При этом интерес представляет только изменяющаяся часть внутренней энергии тела или системы. Поэтому для расчета абсолютного значения внутренней энергии в термодинамике принимают условное ее нулевое значение при определенном фиксированном состоянии тела или системы. Относительно этого состояния ведется определение внутренней энергии тела (системы). При такой условности в расчетах может получиться, что внутренняя энергия тела будет иметь отрицательный знак. Однако это не значит, что внутренняя энергия тела отрицательная, просто эта энергия находится ниже выбранного уровня ее отсчета.
В технической термодинамике рассматриваются процессы, происходящие в макросистемах (на уровне молекул), при отсутствии химических, ядерных, электрических, аннигиляционных и других явлений.
Поэтому в термодинамике к внутренней энергии тела (системы) относятся кинетическая энергия беспорядочного теплового движения его молекул, потенциальная энергия связи этих молекул и энергия колебания атомов в них. Потенциальная составляющая внутренней энергии обуславливается работой дисгрегации - разъединения, идущей на увеличение (уменьшение) расстояния между молекулами, т.е. на совершение работы по преодолению сил их взаимного притяжения (отталкивания).
Условно внутреннюю энергию можно представить в виде суммы двух слагаемых
(3.23) |
Внутренняя энергия имеет размерность Дж. Она подчиняется закону сложения - аддитивная величина, обладающая экстенсивными свойствами, т.е. для сложной системы, состоящей из нескольких однородных тел, внутренняя энергия будет равна сумме внутренних энергий этих тел
(3.24) |
Для гомогенного - однородного тела, разделив его внутреннюю энергию на массу тела, получим удельную внутреннюю энергию с размерностью Дж/кг, которая будет обладать интенсивными свойствами
(3.25) |
Кинетическая составляющая внутренней энергии находится в прямой зависимости от температуры тела, а потенциальная составляющая внутренней энергии тела зависит от расстояния между молекулами, т.е. от плотности или удельного объема вещества. Таким образом, внутренняя энергия оказывается функцией состояния вещества, и сама является параметром состояния. Удельная внутренняя энергия однородного тела может быть определена любой парой независимых параметров состояния
(3.26) |
предыдущий параграф | содержание | следующий параграф |