אנרגיה פנימית

Gnome-colors-edit-find-replace.svgיש לשכתב ערך זה. ייתכן שהערך מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
פוטנציאלים תרמודינמיים
אנרגיה פנימית
אנרגיה חופשית
אנרגיה חופשית של הלמהולץ
אנרגיה חופשית של גיבס
אנתלפיה
פוטנציאל גראנד קנוני

אנרגיה פנימית - גודל בתרמודינמיקה שמתאר את האנרגיה של מערכת תרמודינמית. מסומן בדרך כלל באות U, ולעתים באות E.

האנרגיה הפנימית כוללת את האנרגיה הבלתי מסודרת של המערכת, כלומר את האנרגיה הקינטית של חלקיקים יחסית למרכז המסה של הגוף (אנרגיה תרמית), או את האינטראקציות בין החלקיקים השונים שמרכיבים את המערכת (כמו אינטראקציה חשמלית בין החלקיקים, או קשרים כימיים). היא לא כוללת אנרגיה קינטית או פוטנציאלית של הגוף כולו.

נכון לרגע זה, לא ניתן לחשב את האנרגיה הפנימית בכל מצב כלשהו אך ניתן לחשב את שינוי האנרגיה הפנימית שעובר הגוף בין 2 מצבים (הפרש האנרגיה הפנימית שהייתה לגוף אחרי פעולה לאנרגיה הפנימית שהייתה לו לפני).

לפי החוק הראשון של התרמודינמיקה הנוסחה היא כאשר W הוא סך כל העבודות של הגוף (בג'ול) וQ הוא סך אנרגיית החום של הגוף (בג'ול).

היחידות של האנרגיה הפנימית הן יחידות של אנרגיה (ג'ול, ארג, או קלוריה - שהיא יחידת האנרגיה ההיסטורית בה השתמשו בתרמודנימיקה), והיא גודל אקסטנסיבי.

בתרמודינמיקה

האנרגיה הפנימית היא הפוטנציאל התרמודינמי שהמשתנים הטבעיים שלו הם האנטרופיה S הנפח V, ומספר החלקיקים Ni, כלומר הוא מתאים למקרה של מערכת מבודדת תרמית, עם נפח קבוע. מבחינה מתמטית דבר זה מובע על ידי:

הביטוי עבור הדיפרנציאל של האנרגיה הפנימית הוא למעשה הצורה הדיפרנציאלית של החוק הראשון של התרמודינמיקה, שהוא חוק שימור האנרגיה עבור מערכות תרמודינמיות:

.

מביטוי זה ניתן לחשב את:

הטמפרטורה - ,
הלחץ - ,
הפוטנציאל הכימי .

הדיפרנציאל של האנרגיה הפנימית, שכאמור נובע מהחוק הראשון של התרמודינמיקה, הוא הבסיס שממנו בעזרת טרנספורמי לז'אנדר ניתן לקבל את הביטויים עבור הדיפרנציאלים של שאר הפוטנציאלים התרמודינמיים, ואת הפוטנציאלים עצמם. למרות זאת, בגלל שהתנאים של מערכת מבודדת תרמית עם נפח קבוע אינם נפוצים במערכות תרמודינמיות, מושג האנרגיה הפנימית פחות שימושי מהפוטנציאלים התרמודינמיים האחרים.