Modelado de energía interna
Introducción
En física, la energía interna (U) de un sistema es un reflejo de la energía a escala macroscópica. Más concretamente, es la suma de:.
• - la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que forman un cuerpo respecto al centro de masas del sistema.
• - la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.[1].
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.[2][3].
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración) y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares) e intramolecular de la energía de enlace.
• - En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de traslación de sus átomos.
• - En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracional y rotacional de las mismas.
• - En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa las interacciones moleculares.
Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo (en termodinámica se considera el trabajo positivo cuando este entra en el sistema termodinámico, negativo cuando sale).[4] Aunque el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, solo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado. Del mismo modo es una diferencial exacta, a diferencia de , que depende del proceso.
Funciones cardinales
La energía interna de un sistema depende de su entropía S, de su volumen V y de su número de partículas masivas: . Expresa la termodinámica de un sistema en la representación energética. Como Función de estado, sus argumentos son exclusivamente variables extensivas de estado. Junto con la energía interna, la otra función de estado cardinal de un sistema termodinámico es su entropía, como función, , de la misma lista de variables extensivas de estado, excepto que la entropía, , se sustituye en la lista por la energía interna, . Expresa la .[5][6][7].