Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
2AEnergiawewnętrzna
47
Niezbędnikchemika8
Ładunekelektrycznyoraznatężenie,mocienergiaprądu
Ładunekelektryczny,Q,jestmierzonywkulombach,C.
Ładunekelementarny,e,tj.ładunekpojedynczegoelektronu
lubprotonu,wynosiokoło1,6·10
-19
C.Prądelektryczny
wynikającyzruchuładunkumanatężenieImierzone
wkulombachnasekundę,czyliamperach,A,przyczym
1A=1Cs
-1
.Jeżeliprzepływającyładunekjestładunkiem
elektronów(jakwprzypadkuprąduprzepływającegoprzez
metal),toprądonatężeniu1Aoznaczaprzepływ6·10
18
elektronów(10μmole-)wciągu1sekundy.
JeżeliprądpłyniepodwpływemróżnicypotencjałówΔ
ϕ
(mierzonejwwoltach,V,przyczym1V=1JC-1=1WA-1),
tojegomoc,P,wynosi
P=IΔ
ϕ
Wynikastąd,żestałyprądpłynącyprzezczastdostarcza
energii
E=Pt=ItΔ
ϕ
Ponieważ1AVs=1(Cs
-1
)Vs=1CV=1J,wyrażając
natężenieprąduwamperach,różnicępotencjałówwwol-
tach,aczaswsekundach,otrzymamyenergięwyrażoną
wdżulach.Energiatamożebyćdostarczonazarównojako
praca(np.zasilanegosilnika)lubwpostaciciepła(wydzie-
lanegoprzezgrzejnik).Wtymdrugimprzypadku
q=ItΔ
ϕ
spalania(częstoużywanyjestdotegocelukwasbenzo-
esowy).ZnającC,łatwomożnaprzeliczyćzaobserwowany
wzrosttemperaturynawartośćuwolnionegociepła.
(b)Pojemnośćcieplna
Energiawewnętrznaukładuzwiększasię,wmiaręjakrośnie
jegotemperatura.Wielkośćtegowzrostuzależyodwarun-
ków,wjakichprzebiegaogrzewanie.Załóżmy,żeukładma
stałąobjętość.Sporządzającwykreszależnościenergiiwe-
wnętrznejukładuodtemperatury,możnaotrzymaćkrzywą
podobnądoprzedstawionejnarys.2A.9.Nachyleniestycz-
nejdotejkrzywejwdanejtemperaturzenazywanejestpo-
jemnościącieplnąukładuwtejtemperaturze.Pojemność
cieplnawstałejobjętościoznaczanajestsymbolemCV
idefiniowanajako:
energiawewnętrznałU
temperatUrałT
Rys.2A.9Energiawewnętrznaukładuzwiększasię,
wmiaręjakrośniejegotemperatura.Narysunkupokazano
jejwzrostpodczasogrzewaniaukładuostałejobjętości.
Nachyleniestycznejdokrzywejwdanejtemperaturze
jestrównepojemnościcieplnejukładuostałejobjętości
wtejtemperaturze.Należyzwrócićuwagę,żepojemność
cieplnategoukładuwtemperaturzeBjestwiększaniż
wtemperaturzeA
pojemnośćcieplnawstałejobjętości
[defnicja]
(2A.14)
Pochodnecząstkoweistosowanatutajnotacjazostałyomó-
wionewNiezbędnikuchemika9.Energiawewnętrznazmie-
niasięzarównoztemperaturą,jakizobjętościąukładu,
terazjednakrozważymyjedyniejejzmianywynikająceze
zmiantemperatury.Ponieważobjętośćukładujeststała,
odpowiedniewielkościoznaczonesądolnymindeksemV
(rys.2A.10).
Krótkiewyjaśnienie2A.5
WKrótkimwyjaśnieniu2A.1wykazano,żewkładener-
giiruchutranslacyjnegodomolowejenergiiwewnętrz-
nejjednoatomowegogazudoskonałegowynosi
3
2
RT.Jest
objętośćłV
energiawewnętrznałU
zmianyU
ztemperatUrą
nachyleniewykresU
przystałejV
temperatUrałT
Rys.2A.10Energiawewnętrznaukładuzależyodjego
temperaturyiobjętości,naprzykładwsposóbprzedstawiony
powierzchniąnarysunku.Zależnośćenergiiwewnętrznejod
temperaturydlawybranejstałejobjętościukładuobrazuje
krzywaznajdującasięwpłaszczyźnierównoległejdoosi
temperatury.Nachyleniestycznejdotejkrzywejwdowolnej
temperaturzejestrównepochodnejcząstkowej(OU/OT)
V
wtejtemperaturze
