Внутренняя энергия – это сумма всех видов энергий, которыми обладают частицы, составляющие систему

В соответствии с характером движения частиц внутри системы, основными составляющими внутренней энергии являются:

кинетическая и вращательная энергия;

энергия взаимодействия;

энергия внутримолекулярного колебательного движения атомов и атомных групп, образующих молекулы;

энергия вращения электронов в атомах;

внутриядерная энергия и т. д.

На ее значение не влияет перемещение системы в пространстве как целого (кинетическая энергия движения системы) и потенциальная энергия пространственного расположения.

Абсолютная величина внутренней энергии любой, произвольно взятой системы неизвестна, и практически не поддается расчету в связи с неопределенностью начала отсчета, для которого = 0 (из-за сложности превращений микрочастиц внутри ядра). Однако для целей термодинамики этого и не требуется. Термодинамика использует изменение внутренней энергии DU (DU = U₂ - U₁). Индекс 1 соответствует начальному, а индекс 2 – конечному состоянию процесса.

Величина DU положительна, если в процессе внутренняя энергия возрастает. Изменение внутренней энергии DU зависит только от параметров состояния (р, Т, V и др.), поэтому внутренняя энергия является функцией состояния системы. Функциями состояния называются термодинамические функции, которые зависят только от начального и конечного состояния системы и не зависят от пути, по которому это состояние получено (к функциям состояния относят, например, внутреннюю энергию, энтальпию, энергию Гельмгольца, энергию Гиббса, энтропию).

Внутренняя энергия может изменяться за счет обмена энергией с окружающей средой. Возможные формы передачи энергии - работа А и теплота q. Они зависят от пути перехода системы из начального состояния в конечное, и, следовательно, не являются функциями состояния.

Передача теплоты или совершение работы осуществляются только при взаимодействии системы с внешней средой или с другими системами.

Единицей измерения как теплоты, так и работы - Дж. Внесистемная единица – калория. (1 кал = 4,1868 Дж).

В термодинамике принята следующая система знаков:

q < 0 - теплота выделяется системой,

q > 0 - теплота поглощается системой,

DU> 0 - внутренняя энергия системы увеличивается,

DU< 0 - внутренняя энергия системы уменьшается,

А>0 – работа совершается системой, работа расширения (DV>0),

A<0 – совершается над системой, работа сжатия (DV<0).

1.3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО (закон) ТЕРМОДИНАМИКИ

Первый закон термодинамики – это фактически закон сохранения и превращения энергии.

Существует несколько формулировок: