Nhiệt học

Nội năng và sự biến thiên nội năng

Nội năng là năng lượng vi mô của hệ; nó thay đổi khi truyền nhiệt hoặc khi có công tác dụng lên hệ.

Một khối khí có thể nóng lên do nhận nhiệt hoặc do bị nén. Cả hai cách đều có thể làm thay đổi năng lượng vi mô bên trong, dù cơ chế truyền năng lượng khác nhau.

Nhiệt và công là cách truyền năng lượng

Nhiệt $Q$ và công $W$ không phải là những phần năng lượng được chứa sẵn trong trạng thái hệ; chúng mô tả năng lượng đi qua biên hệ trong một quá trình. Nội năng $U$ là hàm trạng thái, vì vậy $\\Delta U$ chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và cuối.

Trắc nghiệm nhanh

Nội năng là năng lượng vi mô bên trong hệ, gồm động năng chuyển động nhiệt và thế năng tương tác giữa các hạt; nó không bao gồm chuyển động của cả vật như một khối. Vì thế, khuấy nước có thể làm nội năng tăng dù không truyền nhiệt qua thành bình, còn đặt vật nóng cạnh vật lạnh làm nội năng thay đổi qua truyền nhiệt. Với khí lý tưởng đơn nguyên tử, nội năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ và U=rac32nRT; đây là kết quả mô hình, không phải công thức cho mọi chất. Một trạng thái được xác định bởi các biến trạng thái, nên độ biến thiên nội năng chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và cuối, không phụ thuộc đường đi. Ngược lại, nhiệt và công mô tả cách năng lượng đi qua biên hệ trong một quá trình, không phải đại lượng “chứa sẵn” trong vật. Khi tính, xác định rõ hệ đang xét và phân biệt quá trình nhận nhiệt với công do môi trường thực hiện lên hệ.

Một khối khí nhận 200 J nhiệt và môi trường làm công 50 J lên khí thì theo quy ước $\Delta U=Q+W_{on}$, nội năng tăng 250 J. Cùng trạng thái đầu và cuối, một đường đi khác có thể gồm nhiệt và công khác nhau nhưng tổng biến thiên nội năng vẫn như cũ.