La energía interna de una sustancia sólida

La energía interna de un sistema se refiere a la energía cinética aleatoria de traslación, rotación o vibración que puedan poseer sus átomos o moléculas, además de la energía potencial de interacción entre estas partículas. En el caso de una sustancia sólida, la energía interna está relacionada con la forma en que sus átomos o moléculas están dispuestos y cómo interactúan entre sí.

Contenido de este Articulo

Primer principio de la termodinámica

El primer principio de la termodinámica establece que la energía interna de un sistema puede cambiar debido al flujo de calor y al trabajo realizado por o sobre el sistema. Matemáticamente, esto se expresa como:

ΔQ = ΔU + W

Donde ΔQ es la energía térmica absorbida por el sistema, ΔU es el cambio en la energía interna y W es el trabajo realizado por el sistema.

Si consideramos un sistema formado por un cuerpo caliente y un cuerpo frío en contacto térmico, podemos analizar cómo cambia la energía interna en cada uno de ellos. En el caso del cuerpo caliente, que no realiza trabajo, la ecuación se simplifica a:

ΔQ = -ΔU

Esto significa que la energía interna del cuerpo caliente disminuye cuando se transfiere calor al cuerpo frío. Por otro lado, el cuerpo frío absorbe calor y su energía interna aumenta:

ΔQ' = ΔU'

En el sistema completo, la cantidad de calor que sale del cuerpo caliente es igual a la cantidad de calor que fluye hacia el cuerpo frío:

ΔQ = -ΔQ'

Esto demuestra que la energía interna perdida por el cuerpo caliente es igual a la energía interna ganada por el cuerpo frío, lo que lleva al equilibrio térmico.

La energía interna como función de la temperatura

La energía interna de un gas ideal puede expresarse en términos de la temperatura. Si consideramos la energía cinética total de todas las moléculas, podemos describirlo como el número de moléculas multiplicado por su energía cinética media. Matemáticamente, esto se expresa como:

U = (3/2)NkT

Donde U es la energía interna, N es el número de moléculas, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura.

Esta ecuación demuestra que la energía interna de un gas ideal depende únicamente de la temperatura, ya que el número de moléculas y la constante de Boltzmann son constantes para el gas.

Calor molar a volumen constante

Si se encierra 1 mol de gas en un recipiente rígido, de manera que su volumen permanezca constante, el calor absorbido por el gas se puede expresar como:

dQ = nCv dT

Donde dQ es la cantidad de calor, n es el número de moles, Cv es el calor específico molar a volumen constante y dT es el cambio de temperatura.

El calor específico molar a volumen constante se define como:

Cv = (∂U/∂T)v

Esta relación es importante para determinar la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia sólida a volumen constante.

Trabajo de expansión

El trabajo de expansión se refiere al trabajo realizado por un gas cuando se expande o se comprime. La cantidad de trabajo realizado depende de las condiciones en las que ocurre la expansión o compresión, como la temperatura constante o la presión constante.

la energia interna de una sustancia solida es igual a - Qué es ∆ q

La energía interna de una sustancia sólida está relacionada con la disposición y las interacciones de sus átomos o moléculas. El primer principio de la termodinámica establece que la energía interna puede cambiar debido al flujo de calor y al trabajo realizado por o sobre el sistema. La energía interna de un gas ideal depende únicamente de la temperatura, mientras que el calor molar a volumen constante y el trabajo de expansión son importantes para comprender los cambios de energía en un sistema.

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