Energia inter

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naEnergía interna de los gases ideales.

En general, la energía interna de un fluido, función de estado, depende
de dos variables independientes, por ejemplo la temperatura y el volumen. En
el caso particular del gas ideal no hay energía potencial de interacción de las
moléculas, la cual dependería del volumen disponible. Resulta entonces que la
energía interna de un gas ideal dependesolamente de la temperatura.
En las condiciones habituales U es simplemente proporcional a T5.
Para un gas monoatómico, la estructura interna de las moléculas no
juega ningún rol. Por otra parte un gas ideal, por definición, está en un estado
de dilución tal que las interacciones entre moléculas son despreciables. La
energía interna se reduce entonces a la energía cinética de translación Ut, y dela definición de temperatura, se tiene:

Para un gas diatómico, en un amplio rango de temperaturas, se tiene:

Cada molécula tiene, además de energía media de translación (3/2)kT, una
energía media de rotación kT. La explicación teórica de este valor de la energía

Consideremos un sistema macroscópico, es decir un conjunto cualquiera
de cuerpos.
A escala atómica, este sistema estácompuesto de partículas que están
dotadas de energía cinética y además, en general, de una energía potencial
mutua que representa la interacción de estas partículas entre si. Esta energía
asociada a la mecánica interna de un sistema a escala microscópica se llama
energía interna.
Por ejemplo, en el caso particular de un gas ideal monoatómico, la
estructura interna de las moléculas no juega ningúnrol, y estas moléculas sin
interacción no tienen energía potencial mutua. La energía interna U se reduce a
la energía cinética de translación de las moléculas:
;
vi designa la velocidad de la i-ésima molécula y la sumatoria se efectúa sobre
todas las moléculas.
Como toda energía mecánica, la energía interna queda definida a menos
de una constante aditiva. Si se quiere, se puede dar unadefinición absoluta de
energía interna gracias a la fórmula de Einstein. Si M es la masa del sistema,
supuesta en reposo a escala macroscópica, la energía interna es simplemente
Mc2. Esta definición absoluta no jugará ningún rol en los fenómenos
termodinámicos usuales.
La energía interna U de un sistema en equilibrio es una constante que es
función del estado macroscópico del sistema. Decimosque U es una función
de estado. Para un fluido, el estado macroscópico está definido por dos de las
tres variables p,V,T. Entonces U puede ser considerada como una función de
dos variables elegidas independientemente. Recíprocamente, es posible y
frecuentemente cómodo tomar como variables independientes U y V.
La energía interna de un sistema varía mientras el sistema intercambia
energía conel exterior. Llamamos calor la energía intercambiada por la
interacción desordenada de las moléculas del sistema con las moléculas del
medio externo. Llamamos trabajo la energía intercambiada por la acción de
fuerzas exteriores ordenadas, de escala macroscópica; por ejemplo, la energía
es intercambiada bajo la forma de trabajo cuando varía el volumen del sistema.
La energía interna, el trabajoy el calor son energías, por lo que es
natural expresarlas con la misma unidad, que es el Joule en el sistema MKSA.

Descomposición de la energía cinética
La energía cinética de un sistema es la suma de la energía cinética de cada una de las partículas que lo componen. Para calcular esta energía debemos primero definir el sistema de referencia (SR), ya que las velocidades de las partículasdependen del observador.

Por ello, calcular la energía cinética de un sistema con respecto a un SR es a menudo una tarea complicada; sin embargo, ésta se simplifica expresando dicha energía como suma de dos términos:

* El primer término es la energía cinética interna y se calcula sumando la energía cinética de todas las partículas pero tomando como origen el centro de masas del sistema...
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