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Termodinámica.
Transformación de la energía

Energía térmica i combustión.
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Entropía

La energía interna en la termodinámica

La energía interna en la termodinámica

En termodinámica, se denomina energía interna del sistema a la energía total que contiene un sistema termodinámico

Esta energía se puede modificar ejerciendo un trabajo sobre él o bien mediante una transferencia de energía (aportación de calor).

La primera ley de la termodinámica postula que el incremento de energía interna es igual al calor total añadido más el trabajo realizado por el entorno. Aplicando el primer principio de la termodinámica: si el sistema está aislado, se mantiene constante.

La energía interna es una función del estado del sistema. Es decir, su valor depende sólo del estado actual del sistema y no del camino escogido para llegar a él. Es una propiedad extensiva.

La unidad de medida, según el Sistema Internacional, es el julio (J).

A veces se habla de la energía interna específica. Es la energía interna por unidad de masa; su unidad es el J / kg. También se puede definir la propiedad intensiva energía interna molar, que expresa la energía interna en relación a la cantidad de sustancia; sus unidades son el J / mol.

Explicación a escala microscópica

A escala microscópica esta forma de energía incluye la energía cinética y potencial interna:

  • La energía cinética interna que es la suma de las energías cinéticas de cada elemento de un sistema respecto a su centro de masas. (traslaciones, rotaciones y vibraciones de los átomos y los electrones).

  • La energía potencial interna. Es decir, la energía potencial asociada a cada una de las interacciones de estos elementos. Está asociada con los constituyentes estáticos de la materia.

¿Qué relación tiene con los gases ideales?

La termodinámica a menudo utiliza el concepto del gas ideal. Este concepto es una aproximación de los sistemas reales que se utiliza con finalidad didáctica.

El gas ideal es un gas de partículas consideradas como objetos puntuales que interactúan solo por colisiones elásticas. Aquí la energía cinética consiste solo en la energía de traslación de los átomos individuales.

Por lo tanto, los cambios de energía interna en un gas ideal pueden ser descritos únicamente por cambios en su energía cinética. En este caso, la energía sólo depende de su presión, volumen y temperatura termodinámica. El valor es es proporcional a su masa (número de moles), a su temperatura y al calor específico a volumen constante del gas. 

¿Cómo se mide la energía interna?

La medición directa no es posible. Se mide su variación que se expresa mediante ΔU.

Esta variación se puede encontrar midiendo la energía térmica, la energía de la luz o energías similares transmitidas. También se puede calcular la cantidad de trabajo realizado por el sistema o el trabajo realizado en el sistema.

Cuando un sistema termodinámico transfiere energía en forma de calor a otro sistema varía la energía interna de los dos sistemas. Además, se pueden alterar otras de sus variables de estado.

Si se produce alteración de la estructura atómica o molecular existe una variación de la energía interna química. Por ejemplo, el caso de las reacciones químicas o cambio de estado.

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Fecha publicación: 4 de abril de 2017
Última revisión: 30 de agosto de 2020