Siseenergia
Termodünaamikas on termodünaamilise süsteemi või täpselt määratletud piiridega keha siseenergia, mida tähistatakse U või mõnikord E, molekulide liikumisest (translatsiooni-, rotatsiooni-, vibratsiooni-) tuleneva kineetilise energia ja molekulides või kristallides olevate aatomite vibratsiooni- ja elektrienergiaga seotud potentsiaalse energia summa. See hõlmab kõigi keemiliste sidemete energiat ja metallide vabade juhtivate elektronide energiat.
Siseenergia on termodünaamiline potentsiaal ja suletud termodünaamilise süsteemi puhul, mida hoitakse konstantse entroopia juures, on see minimaalne.
Samuti saab arvutada elektromagnetilise või musta keha kiirguse siseenergiat. See on süsteemi olekufunktsioon, ulatuslik suurus. Energia SI-ühik on džauli, kuigi kasutusel on ka teised ajaloolised, tavapärased ühikud, näiteks (väike ja suur) kalorsus soojuse jaoks. (Kalorid, mis on klassikalistel toiduainete etikettidel, on tegelikult kilokalorid).
Ülevaade
Siseenergia ei hõlma keha kui terviku translatsiooni- või rotatsioonikineetilist energiat. Samuti ei sisalda see relativistlikku massi-energia ekvivalenti E = mc2. See ei hõlma potentsiaalset energiat, mis võib kehal olla tema asukoha tõttu välises gravitatsiooni- või elektrostaatilises väljal, kuigi potentsiaalne energia, mis tal on väljal indutseeritud elektrilise või magnetilise dipoolmomendi tõttu, arvestatakse, nagu ka tahkete kehade deformatsioonienergia (pinge-pinge).
Klassikalise statistilise mehaanika energia võrdse jaotumise põhimõte ütleb, et iga molekulaarse vabadusastme kohta saadakse 1/2 kT energiat; seda tulemust muudeti, kui kvantmehaanika selgitas teatud anomaaliaid, näiteks kristallide täheldatud erisoojuste puhul (kui hν > kT). Monoatomaarse heeliumi ja teiste väärisgaaside puhul koosneb siseenergia ainult üksikute aatomite translatsioonikineetilisest energiast. Monoatomaarsed osakesed muidugi ei pöörle ega vibreeri (mõistlikult) ja ei ergastu elektrooniliselt kõrgematele energiatele, välja arvatud väga kõrgetel temperatuuridel.
Statistilise mehaanika seisukohalt on siseenergia võrdne süsteemi koguenergia ansambli keskmisega.
Küsimused ja vastused
K: Mis on sümbol, mida kasutatakse sisemise energia tähistamiseks?
V: Siseenergia tähistamiseks kasutatav sümbol on U või mõnikord ka E.
K: Millist liiki energiat hõlmab siseenergia?
V: Siseenergia hõlmab molekulide liikumisest tulenevat kineetilist energiat (translatsiooni-, rotatsiooni- ja vibratsioonienergia) ning potentsiaalset energiat, mis on seotud aatomite vibratsiooni- ja elektrienergiaga molekulides või kristallides. See hõlmab ka kõikide keemiliste sidemete ja metallide vabade juhtivate elektronide energiat.
K: Kas siseenergia on olekufunktsioon?
V: Jah, siseenergia on süsteemi termodünaamiline potentsiaal ja olekufunktsioon.
K: Millist ühikut kasutatakse siseenergia mõõtmiseks?
V: Siseenergia mõõtmise SI-ühik on džauli, kuigi teised ajaloolised ühikud, näiteks kalorid, on endiselt kasutusel.
K: Kuidas mõjutab entroopia siseenergiat?
V: Suletud termodünaamilise süsteemi puhul, mida hoitakse konstantsel entroopial, on selle siseenergia minimaalne.
K: Kas saab arvutada elektromagnetilise kiirguse või musta keha kiirguse siseenergiat?
V: Jah, elektromagnetilise kiirguse või musta keha kiirguse siseenergiat on võimalik arvutada.
K: Kas toidu etiketid on kalorite loetelus täpsed?
V: Ei, toidu etiketid ei ole kalorite loetelus täpsed, sest need viitavad tegelikult hoopis kilokaloritele.
