الطاقة الداخلية للغاز المثالي: عدة حقائق وشروحات تفصيلية:


لا تعتمد "الطاقة الداخلية للغاز المثالي" على مسار النظام المغلق ولكن الطاقة الداخلية للغاز المثالي تعتمد على الحالة الأولية والحالة النهائية للنظام.

XNUMX. من قائمة قانون الديناميكا الحرارية نحصل على مفهوم واضح تمامًا حول الطاقة الداخلية للغاز المثالي. يمكن تفسير الطاقة الداخلية للغاز المثالي ، حيث يتم دمج المقدار الإجمالي للطاقة مع الحركة التي يمكن أن تكون حركة اهتزاز أو حركة دوران أو حركة ترجمة لجزيئات أو ذرات مادة في النظام.

مزيد من المعلومات حول دورة Carnot: ميزاتها الهامة بالإضافة إلى 16 من الأسئلة الشائعة

ما هي الطاقة الداخلية للغاز المثالي؟

بالنسبة للغاز المثالي ، تعتمد كمية الطاقة الداخلية للنظام فقط على درجة الحرارة. لكن بالنسبة للغاز الحقيقي ، تعتمد كمية الطاقة الداخلية للنظام على درجة الحرارة والحجم والضغط.

الطاقة الداخلية للغاز المثالي هي خاصية واسعة النطاق وكمية طاقة المادة الغازية لا يمكن تحديدها بشكل مباشر. الطاقة الداخلية للغاز المثالي في نظام ما هي جزيئات المادة الغازية ، وكمية الطاقة الداخلية المنقولة في شكل عمل حراري ديناميكي وحرارة.

الطاقة الداخلية للغاز المثالي
صورة - محرك تسخين carnot للطاقة الداخلية لغاز مثالي ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا
الصورة - درجة الحرارة
حقوق الصورة - ويكيبيديا

بالنسبة للغاز المثالي ، فإن الكمية الإجمالية للطاقة الداخلية تتناسب طرديًا مع درجة الحرارة وكذلك العدد الإجمالي لجزيئات الخلد للمادة الموجودة في الحالة الغازية.

مزيد من المعلومات حول الانتشار الحراري: كلها حقائق مهمة وأسئلة شائعة

لذلك ، رياضيا ، يمكن التعبير عن الطاقة الداخلية للغاز المثالي على النحو التالي ،

دو = nCvdT …… eqn (1)

أو U = CvnT …………. ايكن (2)

من المعادلة (1) مصطلح nCvيستخدم T من الطاقة الحركية للغاز المثالي.

أين،

U = كمية الطاقة الداخلية للغاز

Cv = عند حجم ثابت مقدار السعة الحرارية لمادة غازية

ن = إجمالي عدد مولات مادة غازية

T = درجة حرارة النظام

الطاقة الداخلية لصيغة غاز مثالية:

في الديناميكا الحرارية ، يمكن أن يحدد التغير في إجمالي كمية الطاقة الداخلية التي يتم التعبير عنها كـ ΔU ولكن بالنسبة للغاز المثالي ، يمكن تقدير كمية الطاقة الداخلية المطلقة.

الطاقة الداخلية لصيغة غاز مثالية هي ،

أين،

U = الطاقة الداخلية للغاز المثالي

cv = السعة الحرارية للتساوي الصدري المحدد

م = كتلة الغاز المثالي

T = درجة الحرارة

لحساب كمية الطاقة الداخلية للغاز المثالي في البداية ، نحتاج إلى تخيل أن مادة غازية محجوبة في أسطوانة في ذلك الوقت يجب أن يكون حجم الغاز المثالي في حالة ثابتة ويجب أن يبرد الغاز المثالي ويصل إلى درجة حرارة الصفر المطلق.

في هذه الحالة بالذات ، جميع جزيئات الغاز المثالي في وضع السكون ولا توجد طاقة داخلية موجودة. يتم التعبير عن المقدار الإجمالي للحرارة حيث يتم نقل Q في الحالة الثابتة للحجم حتى تصل درجة حرارة الغاز المثالية إلى T. الآن في هذه الحالة يصل إجمالي كمية الحرارة اللازمة للطاقة الداخلية إلى U.

الطاقة الداخلية لاشتقاق الغاز المثالي:

في نظام الديناميكا الحرارية ، يمكن تحويل كمية الطاقة الداخلية إلى طاقة كامنة أو طاقة حركية. بالنسبة لنظام الديناميكا الحرارية ، يمكن احتواء ثلاثة أنواع من الطاقة مثل الطاقة الداخلية والطاقة الكامنة والطاقة الحركية.

اشتقاق طاقة داخلية لغاز مثالي: -

بالنسبة لمادة غازية مثالية ، تعتمد الطاقة الداخلية على الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.

نحن نعلم ذلك،

م / م = نa

Kالمتوسط = 1/2 3RT / شمالa

Kالمتوسط = 3/2 كيلو طن لأن ك = ص / نa

كيف تختلف الطاقة الداخلية للغاز المثالي عن طاقة الغاز الحقيقي؟

يشرح الغاز المثالي ، المادة الغازية التي تخضع لقانون الغازات في أي حالة من درجات الحرارة والضغط. يشرح الغاز الحقيقي المادة الغازية التي لا تخضع لقانون الغازات.

نناقش الفرق بين الطاقة الداخلية للغاز المثالي والغاز الحقيقي أدناه ،

المعلماتغاز مثاليغاز حقيقي
الضغطمرتفعمنخفض
قوة الجذب بين الجزيئاتغير موجودحاضر
الصوتلا يوجد حجم محددحجم محدد
الوجود في البيئةغير موجود والغاز المثالي هو غاز افتراضيحاضر
تصادم مرن من الجزيئاتنعملا
التفاعل مع غازات الآخرينلانعم
قانون الغازاتObeyلا تطيع
سرعة  غير موجود  حاضر  
كتلةغير موجود  حاضر  
الصوتغير موجود  حاضر  

طاقة داخلية محددة لغاز مثالي:

الطاقة الداخلية المحددة للغاز المثالي والتي يتم التعبير عنها كما توضح u ، مقدار الطاقة الداخلية لمادة غاز مثالية في كل وحدة كتلة للمادة الغازية المثالية المعينة.

مزيد من المعلومات حول المحتوى الحراري المحدد: خصائصه المهمة & amp؛ 8 أسئلة وأجوبة

صيغة الطاقة الداخلية المحددة للغاز المثالي هي ،

ش = ش / م

أين،

ش = طاقة داخلية محددة لغاز مثالي بالجول لكل كيلوغرام

U = الطاقة الداخلية للغاز المثالي في الجول

م = كتلة الغاز المثالي بالكيلوغرام

وحدة SI للطاقة الداخلية المحددة للغاز المثالي هي جول لكل كيلوغرام. حجم الطاقة الداخلية المحددة للغاز المثالي هو L.2T-2.

تغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي:

يتضح من قوانين الطاقة الحركية أن الطاقة الحركية للجسيم لها علاقة مباشرة بدرجة الحرارة من هذا التغير في الطاقة الداخلية لغاز مثالي متصل بشكل مباشر.

التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي يعتمد فقط على درجة الحرارة ولا يعتمد على المعلمات الفيزيائية الأخرى مثل الحجم والضغط. إذا كانت درجة الحرارة الأولية ، فإن درجة الحرارة النهائية معروفة للنظام ثم تتغير في الطاقة الداخلية لغاز مثالي يسهل تحديده.

ما إذا كان النظام يمكن أن يتبع أي عملية مثل متساوي الضغط أو متساوي الضغط أو متساوي الضغط أو أي طريقة أخرى ، فإن التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي لا علاقة له بالموضوع. في كلمة واحدة يمكننا أن نقول التغيير في الطاقة الداخلية لغاز مثالي تحكمه فقط حالة المادة الغازية التي لا تحكمها عملية المادة الغازية. إذا كانت درجة الحرارة مختلفة في النظام فقط لهذه الحالة يمكن أن تختلف الطاقة الداخلية لمادة غازية مثالية. يمكن أن يكون التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي صفرًا في عملية متساوي الحرارة.

صورة - عملية متساوية الحرارة ؛
حقوق الصورة - ويكيميديا ​​كومنز

مزيد من المعلومات حول عملية متساوية الحرارة: إنها حقائق مهمة تحتوي على 13 سؤالاً شائعًا

من خلال عملية الديناميكا الحرارية ، يمكن للعلاقة الواضحة بين التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي ودرجة الحرارة بسهولة التحقيق في المادة الغازية. في عملية isochoric على الغاز أي عمل حدث. في عملية isochoric على حرارة الغاز ، يتم إدخال هذا السبب في زيادة التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي.

ما هو تغير الطاقة الداخلية؟

في نظام الديناميكا الحرارية ، يتم اشتقاق التغيير في الطاقة الداخلية بهذه الطريقة ، فإن مجموع تغيرات الطاقة الداخلية للمادة الغازية يساوي صافي عمل النظام الديناميكي الحراري والكمية الإجمالية للحرارة تترسب في النظام والمنطقة المحيطة النظام.

الصورة - الطاقة الداخلية ودرجة الحرارة ؛
حقوق الصورة - ويكيميديا ​​كومنز

صيغة التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي هي ،

Δ يو = س + دبليو

أين،

ΔU = المبلغ الإجمالي للتغير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي في النظام

 س = مقدار نقل الحرارة بين النظام ومحيطه

 W = العمل الذي قام به النظام

في بعض العمليات لا يوجد تغيير في الطاقة الداخلية. العمليات هي عملية دورية ، متساوية الحرارة و التوسع الحر. في هذه العمليات ، تكون كمية الطاقة الداخلية هي نفسها لأن درجة حرارة النظام تظل دون تغيير.

صورة - توسع حر في الغاز ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

كيف تحسب التغير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي؟

من القانون الأول للديناميكا الحرارية يمكننا مفهوم التغيير في الطاقة الداخلية للغاز المثالي. كمية الطاقة الداخلية للغاز المثالي تساوي التدفق الحراري والعمل الكهروضوئي الذي يقوم به النظام.

كمية الطاقة الداخلية التي يمكن تغييرها للمادة الغازية والتي يجب أن تكون دائمًا مساوية لعمل النظام ومقدار الحرارة الداخلة وكمية الحرارة الناتجة.

معادلة حساب التغيير في الطاقة الداخلية لغاز مثالي: -

س = ΔU = W …… .eqn (1)

س = ΔU + PV

لأننا نعلم أن كمية الحرارة التي تتم إضافتها أو إزالتها تساوي دائمًا المجموع الكلي للطاقة الداخلية التي تم تغييرها وأعمال الطاقة الكهروضوئية.

من eqn (1) بعد الترتيب نحصل ،

ΔU = Q - PV ……. ايكن (2)

أسئلة متكررة: -

سؤال: - هل تبقى قيم الطاقة الداخلية لمادة ما في كل الأوقات ايجابي او يمكن ان يكون سلبيا؟

حل: - لا ، لا يمكن أن تظل قيم الطاقة الداخلية لمادة ما موجبة في جميع الأوقات.

بعض الوقت يمكن أن تكون قيمة الطاقة الداخلية سالبة. يمكننا حساب قيمة الطاقة الداخلية من مجموع العمل المنجز والحرارة. تعني القيمة السلبية للطاقة الداخلية للغاز المثالي أن قيمة الطاقة النهائية منخفضة عن قيمة الطاقة الأولية.

سؤال: - أعط بعض الأمثلة عن الطاقة الداخلية.

حل: - بعض الأمثلة على الطاقة الداخلية المذكورة أدناه ،

  1. بخار مادة سائلة
  2. اهتزاز مادة سائلة
  3. بطاريات
  4. الغازات المضغوطة
  5. زيادة درجة حرارة مادة ما

إندراني بانيرجي

مرحباً .. أنا إندراني بانيرجي. أكملت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. أنا شخص متحمس وأنا شخص إيجابي حول كل جانب من جوانب الحياة. أحب قراءة الكتب والاستماع إلى الموسيقى. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

آخر المقالات