什么是内能-热能-定义

内能(也称为热能)的定义是与能量的微观形式有关的能量。这是一个广泛性的量。内能-热能

内能-热能

势能动能,在前几章已经讨论过宏观形式的能量。它们依赖于宏观变量,如物体的位置和速度。

在热力w88优德app学中,内部能量(也称为热能)定义为与微观形式的能量。这是一个大量的数量,它取决于系统的大小,或它所包含的物质的数量。的SI单位内部能量焦耳(J)。它是包含在系统内部的能量,不包括系统作为整体的运动动能和系统的势能。微观形式的能量包括那些由于旋转,振动、翻译,的相互作用在物质的分子中。这些形式的能量都不能被直接测量或评估,但是已经发展了一些技术来评估所有这些微观形式的能量总量的变化。

此外,能量可以储存在组成分子的原子之间的化学键中。这种在原子水平上的能量储存包括与电子轨道态、核自旋和原子核中的束缚力相关的能量。

内部能量是用符号表示的吗U,过程的热力学能变化量为U2- U1

微观能量

内部能量涉及到能量微观尺度。它可以分为微观势能,U,微观动能,U亲属组件:

U =+ U亲属

微观能量-内能微观动能U亲属,涉及到运动系统中所有质心的粒子。对于理想单原子气体,这就是平动动能原子的线性运动。单原子粒子不旋转或振动。气体运动论可以很好地描述系统的行为。动能理论是建立在弹性碰撞在动能高的分子和动能低的分子之间,一部分能量会转移给动能低的分子。然而,对于多原子气体旋转振动的动能

微观势能,U,涉及到化学键在组成分子的原子之间,原子核中的束缚力和系统内的物理力场(例如电场或磁场)之间。

在液体和固体中,有很大一部分的势能与之相关分子间的引力

具体的内部能量

比内能(u)一种物质的单位质量的内能。这是一个强度性质。等于总内能(U)除以总质量(m)

u = u / m

地点:

u =比内能(J/kg)

U =内能

M =质量(kg)

理想气体的热力学能

什么是理想气体
一个理想气体定义为所有原子或分子之间的碰撞完全弹性其中有没有分子间的引力。理想气体可以想象成气体的集合完美的小球它们相互碰撞但不相互作用。在现实中,没有任何实际气体像理想气体那样,因此没有任何实际气体完全遵循理想气体定律或方程。

在接近气体沸点的温度下,压力的增加将导致冷凝发生,体积急剧减少。在非常高的压力下,气体分子间的作用力是显著的。

然而,大多数气体在高于沸点的压力和温度下基本一致。理想气体定律被研究气体的工程师所利用,因为它易于使用并且接近真实的气体行为。

在理想气体中,分子没有体积,也不相互作用。根据理想气体定律,压强与温度和体积成线性关系,与体积成反比。

pV = nRT

地点:

p气体的绝对压强是多少

n是物质的数量吗

T是绝对温度

V的体积是

R是理想的或通用的气体常数,等于玻耳兹曼常数和阿伏伽德罗常数的乘积,

在这个方程中,符号R是一个常数通用气体常数我们可以用一个叫做波尔兹曼常数k的常数来改写之前的方程,它定义为:

k = R / N一个= [8.31 J/mol K] / [6.02 x 1023摩尔1= 1.38 x 10-23年J / K

内部能量是与系统中原子或分子运动有关的所有能量的总和。微观形式的能量包括那些由于旋转,振动,翻译,以及物质分子之间的相互作用。

单原子气体

对于一个单原子理想气体(如氦、氖、氩),对能量的唯一贡献来自于平动动能。单个原子的平均平动动能只与气体温度有关,由方程给出

Kavg= 3/2 kT。

内部能量n摩尔的理想单原子气体(每个分子一个原子)等于每个分子的平均动能乘以分子总数,n:

Eint= 3/ 2nkt = 3/ 2nrt

n是摩尔数。每个方向(x、y和z)都有贡献(1/2) nRT等于热力学能。这就是能量均分的概念出现的地方任何对能量的贡献都必须贡献(1/2)nRT。可以看出,理想气体的内能只取决于温度气体的摩尔数。

双原子分子

如果气体分子包含一个以上的原子,则有三个翻译方向,旋转动能也有作用,但只适用于三个垂直轴中的两个旋转。对能量的五个贡献(五个自由度)给出:

双原子理想气体:

EintNkT = (5/2)nRT

这只是一个近似值,适用于中间温度。在低温时,只有平动动能起作用,而在高温时,振动产生了两个额外的作用(动能和势能)。

热力学能在给定温度下会比单原子气体大,但对于理想气体它仍然只是温度的函数。

实际气体的内能也主要依赖于温度,但类似于理想气体定律,实际气体的内能也在一定程度上取决于压强和体积。所有实际气体在低压(密度)时都接近理想状态。在低压下,分子之间的距离足够远,使它们彼此不相互作用。液体和固体的内能是相当复杂的,因为它包括与原子和分子之间的力(或“化学”键)相关的电位能。

焦耳第二定律

对于任何状态方程由pV = nRT或者pv = RT具体的内部能量只取决于温度。这一定律最早是由焦耳于1843年在实验中发现的,被称为焦耳第二定律:

质量固定的理想气体的内能只取决于它的温度(而不是压强或体积)。

用pV = nRT表示的气体的比焓也只取决于温度。注意,焓是与系统的总热容量相等的热力学量。它等于系统的热力学能加上压强和体积的乘积。在强变量中焦耳第二定律因此由h = h(T) = u(T) + pv = u(T) + RT

这三个方程构成了理想气体模型,总结如下:

pv = RT

u = u (T)

h = h(T) = u(T) + RT

热力学第一定律与热力学能w88优德app

在热力w88优德app学能量的概念被扩展来解释其他观察到的变化,以及能量守恒原理扩展到包括系统与周围环境相互作用的各种方式。改变一个封闭系统能量的唯一途径是通过能量的传递通过工作通过加热。此外,根据焦耳和其他实验,能量概念的一个基本方面是能量是守恒的。这个原理被称为热力学第一定律w88优德app。热力学第一定律可以写成各种形式:w88优德app

单词:

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兰金循环中四种主要装置的物理布局及基本能量转移。

方程的形式:

∆Eint= q - w

在哪里Eint代表了内部能量材料,这只取决于材料的状态(温度、压力和体积)。净热量系统和W净功由这个系统。我们必须小心,并且遵循Q和W的符号约定,因为方程中的W是系统做的功,那么如果对系统做了功,W将是负的,Eint将会增加。

类似地,Q是正的,对于系统吸收的热量,所以如果热量离开系统,Q是负的。这告诉我们以下几点内部能量如果系统吸收了热量或者对系统做了正功,系统的能量就会增加。相反地,如果系统损失了热量,或者对系统做了负功,热力学能就趋于减少。Q和W依赖于路径,而Eint与路径无关的。

微分形式:

int= dQ - dW

热力学能Eint如果能量以热量Q的形式增加,系统的能量就会增加;如果能量以系统做的功W的形式减少,系统的能量就会减少。

参见:开系统-闭系统-隔离系统

区分温度,热量和内能

利用动力学理论,可以清楚地区分这三种性质。

  • 温度动能一种物质的分子。它是单个分子的平均动能。
  • 内部能量指物体内所有分子的总能量。这是一个大量的财产因此,当两个质量相等的热钢锭温度相同时,其中两个的内能是一个的两倍。
  • 最后,是指由于温度不同而自发地从一个物体流向另一个物体的能量。

当一个温差存在自发流动的热吗从温暖的系统到寒冷的系统。因此,如果一个5公斤的立方体的钢在100°C是放置在接触一个500公斤的立方体的钢铁在20°C,热量流动从多维数据集在300°C到多维数据集在20°C即使20°C数据集的内部能量更大,因为有这么多的更多。

一个特别重要的概念是热力学平衡。一般来说,当两个物体被带入热接触,热量会流他们之间直到他们来到平衡彼此。

引用:
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先进反应堆物理:

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参见:

能源

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