11.1: Energía Interna

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 75099

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

La energía interna de un sistema se identifica con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas; la energía total (interna) en un sistema incluye energía potencial y cinética. Esto contrasta con la energía externa que es una función de la muestra con respecto al entorno exterior (por ejemplo, energía cinética si la muestra se está moviendo o energía potencial si la muestra está a una altura del suelo, etc.). El símbolo para Cambio Interno de Energía es\( ΔU\).

Energía a menor escala

La energía interna incluye energía a escala microscópica
Es la suma de todas las energías microscópicas tales como:
1. energía cinética traslacional
2. energía cinética vibracional y rotacional
3. energía potencial de fuerzas intermoleculares

Ejemplo
Un gramo de agua a cero °Celsius comparado con un gramo de cobre a cero °Celsius NO tienen la misma energía interna porque a pesar de que sus energías cinéticas son iguales, el agua tiene una energía potencial mucho mayor, lo que hace que su energía interna sea mucho mayor que la energía interna del cobre.

Ecuaciones internas de cambio de energía

La primera ley de la termodinámica establece:

\[dU=dq+dw\]

donde\(dq\) esta el calor y\(dw\) es el trabajo.

Un sistema aislado no puede intercambiar calor ni trabajar con su entorno haciendo que el cambio en la energía interna sea igual a cero:

\[dU_{\text {isolated system}} = 0\]

Por lo tanto, en un sistema aislado:

\[dq=-dw\]

La energía se conserva

\[dU_{\text {isolated system}} = dU_{\text {system}} + dU_{\text {surroundings}}\]

\[dU_{\text {system}}= -dU_{\text {surroundings}}\]

Los signos de la energía interna

La energía que ingresa al sistema es POSITIVO (+), es decir, el calor es absorbido, q>0. Así se trabaja en el sistema, w>0
La energía que sale del sistema es NEGATIVO (-), es decir, el calor es desprendido por el sistema, q<0 y el trabajo es realizado por el sistema, w<0

Notas Rápidas

Un sistema contiene SOLO Energía Interna
Un sistema NO contiene energía en forma de calor o trabajo
El calor y el trabajo solo existen durante un cambio en el sistema; son funciones de ruta
La energía interna es una función de estado

Enlaces externos

Levine, Ira N. “Energía interna termodinámica de un gas ideal de rotores rígidos”. J. Chem. Educ. 1985: 62, 53.

Colaboradores

Lorena Alborzfar (UCD)