Relación entre energía interna y temperatura
Contenidos
En el artículo Energía interna de los gases ideales se explicó detalladamente que en los gases ideales sólo existe la energía cinética de las moléculas del gas como energía interna (energía térmica). Según la primera ley de la termodinámica, esta energía interna puede modificarse transfiriendo energía como trabajo W o como calor Q:
Según la distribución de Maxwell-Boltzmann, la energía cinética de las moléculas está a su vez directamente relacionada con la temperatura del gas. Así, un cambio de la energía interna (cambio de la energía cinética) significa inevitablemente un cambio de temperatura. Esto plantea la cuestión de cómo se relaciona un cambio en la energía interna ΔU con un cambio en la temperatura ΔT.
Como ya se ha mencionado, la teoría cinética de los gases muestra una relación directa entre la energía cinética media de las moléculas de un gas y su temperatura. Por tanto, si se conoce la temperatura de un gas (y el número de partículas), entonces una determinada energía interna está directamente relacionada con ella. Ésta es independiente de la presión o del volumen del gas. Por lo tanto, el cambio de la energía interna sólo depende del cambio de la temperatura.
Energía interna gas ideal
El test donde encontré el problema pide calcular la variación de energía interna (ΔU1) de un depósito térmico (el frío), en un ciclo genérico de motor térmico reversible. Me da la temperatura del sumidero más frío (T1), de la fuente caliente (T2), y el trabajo (W) que produce el enige en un solo ciclo.
La cuestión es que siempre he considerado el depósito térmico como algo capaz de mantener su temperatura constante. La transferencia de calor debería ser una transformación isotérmica y la variación de energía interna debería ser nula. Está claro que me equivoco, pero no entiendo dónde está el problema.
He adjuntado el texto de la pregunta (está en italiano, pero probablemente sólo necesite los datos…). He borrado las ecuaciones que no he escrito personalmente. Sé con seguridad que la segunda respuesta es correcta.
El hecho de que la temperatura del depósito frío no cambie (o, para ser más precisos, no se pueda medir un cambio) no significa que su energía interna no cambie. Simplemente significa que el aumento de la energía interna no provoca un cambio de temperatura suficiente para poder medirlo. Piense en tirar una piedra caliente en el océano más frío. La piedra transfiere calor al océano aumentando su energía interna. Pero el océano es tan masivo que el cambio en su temperatura es tan pequeño que resulta inconmensurable.
Proceso adiabático
Proc Math Phys Eng Sci. Septiembre 2021; 477(2253): 20210425. Publicado en línea el 22 de septiembre de 2021. doi: 10.1098/rspa.2021.0425PMCID: PMC8591698PMID: 35153582La segunda ley de la termodinámica como variación sobre un tema de CarathéodoryJoe D. GoddardJoe D. Goddard
Aunque no es necesario, podemos considerar provisionalmente ∇k como componentes de un operador de gradiente sobre un sistema curvilíneo ortogonal z0,…zn con qk sirviendo como coeficientes métricos (con {∑i=0nqi2(dzi)2}1/2 representando una norma de energía). De ello se desprende que
que, a falta de un término mejor, podría denominarse potenciostática, ya que implica la inaccesibilidad potenciostática de los estados cercanos a un estado dado. Aunque no es holonómico, implica provisionalmente la existencia de una función de estado σ(ε,x) tal que λfi=(∂iσ)ε, i=1:n,, con factor integrador λ. Como en las secciones siguientes, empleamos la notación ()c para denotar los cambios con la cantidad c(z) mantenida constante.Entonces, con o sin la restricción (2.11), el balance energético se lee
donde la integral se toma a x fija. La integrabilidad completa requiere que ∂x∂εη=∂ε∂xη (una relación de Maxwell), de modo que debemos tomar η0 como una constante independiente de x. Esto puede considerarse como una nueva restricción que conduce finalmente a la tercera ley de la termodinámica.La integral (2. 13), dada en efecto por Clausius [39] para los fluidos, proporciona una construcción primitiva para la entropía derivada de los datos calorimétricos, como el calor sensible definido por el calor específico cx y por los calores latentes que representan discontinuidades en ε en las transiciones de fase, donde la integral se interpreta como una integral de Riemann-Stieltjes que produce las correspondientes discontinuidades en η. La interpretación de ε0 y η0 está sujeta a varias formas de la tercera ley de la termodinámica.Dado que la calorimetría ordinaria implica una temperatura medible y presumiblemente de equilibrio θ, es necesario introducir una ecuación de estado ε=εˇ(θ,x), la inversa de θ(ε,x), con
Energía térmica
Este artículo necesita citas adicionales para su verificación. Por favor, ayude a mejorar este artículo añadiendo citas de fuentes fiables. El material sin fuente puede ser cuestionado y eliminado.Buscar fuentes: “Energía interna” – noticias – periódicos – libros – scholar – JSTOR (noviembre de 2015) (Aprende cómo y cuándo eliminar este mensaje de la plantilla)
La energía interna de un sistema termodinámico es la energía contenida en él. Es la energía necesaria para crear o preparar el sistema en su estado interno determinado. No incluye la energía cinética de movimiento del sistema en su conjunto, ni la energía potencial del sistema en su conjunto debida a campos de fuerza externos, incluida la energía de desplazamiento de los alrededores del sistema. Tiene en cuenta las ganancias y pérdidas de energía del sistema que se deben a los cambios en su estado interno[1][2] La energía interna no puede medirse directamente. Se mide como una diferencia respecto a un cero de referencia definido por un estado estándar. La diferencia viene determinada por los procesos termodinámicos que llevan al sistema entre el estado de referencia y el estado de interés.
