Energia interna

Autore: Leandro Alegsa

17-01-2021

In termodinamica, l'energia interna di un sistema termodinamico, o di un corpo con confini ben definiti, indicata con U, o talvolta E, è la somma dell'energia cinetica dovuta al movimento delle molecole (traslazionale, rotazionale, vibrazionale) e dell'energia potenziale associata all'energia vibrazionale ed elettrica degli atomi all'interno di molecole o cristalli. Essa comprende l'energia in tutti i legami chimici e l'energia degli elettroni liberi di conduzione nei metalli.

L'energia interna è un potenziale termodinamico e per un sistema termodinamico chiuso mantenuto ad entropia costante, sarà ridotto al minimo.

Si può anche calcolare l'energia interna della radiazione elettromagnetica o della radiazione del corpo nero. È una funzione di stato di un sistema, una quantità estesa. L'unità di energia SI è il joule, anche se altre unità storiche e convenzionali sono ancora in uso, come la caloria (piccola e grande) per il calore. (Le calorie che si trovano sulle etichette degli alimenti classici sono in realtà chilo-calorie).

Panoramica

L'energia interna non comprende l'energia cinetica traslazionale o di rotazione di un corpo nel suo insieme. Inoltre non include l'equivalente di massa-energia relativistica E = mc2. Esclude qualsiasi energia potenziale che un corpo può avere a causa della sua posizione in un campo gravitazionale esterno o elettrostatico, anche se l'energia potenziale che ha in un campo a causa di un momento di dipolo elettrico o magnetico indotto conta, così come l'energia di deformazione dei solidi (sforzo-deformazione).

Il principio di equipartizione dell'energia nella meccanica statistica classica afferma che ogni grado molecolare di libertà riceve 1/2 kT di energia, un risultato che è stato modificato quando la meccanica quantistica ha spiegato alcune anomalie; ad esempio, nei riscaldamenti specifici osservati dei cristalli (quando hν > kT). Per l'elio monatomico e altri gas nobili, l'energia interna è costituita solo dall'energia cinetica traslazionale dei singoli atomi. Le particelle monatomiche, naturalmente, non ruotano o vibrano (sensibilmente), e non sono elettronicamente eccitate ad energie superiori se non a temperature molto elevate.

Dal punto di vista della meccanica statistica, l'energia interna è pari alla media dell'insieme dell'energia totale del sistema.

Domande e risposte

D: Qual è il simbolo utilizzato per indicare l'energia interna?

R: Il simbolo utilizzato per indicare l'energia interna è U, o talvolta E.

D: Che tipo di energia comprende l'energia interna?

R: L'energia interna comprende l'energia cinetica dovuta al movimento delle molecole (traslazionale, rotazionale, vibrazionale) e l'energia potenziale associata all'energia vibrazionale ed elettrica degli atomi all'interno delle molecole o dei cristalli. Include anche l'energia di tutti i legami chimici e gli elettroni di conduzione libera nei metalli.

D: L'energia interna è una funzione di stato?

R: Sì, l'energia interna è un potenziale termodinamico e una funzione di stato di un sistema.

D: Quale unità si usa per misurare l'energia interna?

R: L'unità SI per misurare l'energia interna è il joule, anche se altre unità storiche come la caloria sono ancora in uso.

D: Come influisce l'entropia sulle energie interne?

R: Per un sistema termodinamico chiuso mantenuto a entropia costante, le sue energie interne saranno ridotte al minimo.

D: È possibile calcolare le energie interne della radiazione elettromagnetica o della radiazione di corpo nero?

R: Sì, è possibile calcolare le energie interne della radiazione elettromagnetica o del corpo nero.

D: Le etichette degli alimenti sono accurate quando elencano le calorie?

R: No, le etichette degli alimenti non sono accurate quando elencano le calorie, perché in realtà si riferiscono invece alle calorie in chili.