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Energía Interna
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La energía interna es la energía inherente al sistema, es decir, la suma de las energías cinética y potencial de las partículas que lo componen.
La energía interna es una función del estado del sistema y depende únicamente del estado actual, sin importar cómo haya llegado a ese estado.
ID:(882, 0)
Energía interna
Concepto
La energía interna ($U$) se refiere a la energía contenida en un sistema, excluyendo cualquier energía necesaria para crearlo. Está compuesta principalmente por la energía cinética y potencial de las partículas.
Es una función de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), por lo que se puede expresar como $U = U(S,V)$ y cumple la relación matemática:
| $ U = T S - p V $ |
con la temperatura absoluta ($T$) y el volumen ($V$).
ID:(214, 0)
Diferencial de la energía interna
Concepto
La variación de la Energía Interna ($dU$) explica cómo se comporta esto bajo variaciones en la variación de la entropía ($dS$) y la variación del volumen ($dV$), que se expresan como:
| $ dU = T dS - p dV $ |
Ante la variación de la entropía ($S$), se produce una pendiente positiva que es igual a la temperatura absoluta ($T$).
Ante la variación de el volumen ($V$), se produce una pendiente negativa que es igual a la presión ($p$).
ID:(570, 0)
Energía Interna: Relación diferencial
Ecuación
Como el diferencial de la energía interna ($dU$) depende de el diferencial inexacto del calor ($\delta Q$), la presión ($p$) y la variación del volumen ($dV$) según la ecuación:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
podemos reemplazar el diferencial inexacto del calor ($\delta Q$) por la expresión de la segunda ley de la termodinámica en función de la temperatura absoluta ($T$) y la variación de la entropía ($dS$), lo que resulta en la expresión para el diferencial de la energía interna ($dU$):
 $ dU = T dS - p dV $ |
Dado que el diferencial de la energía interna ($dU$) depende de el diferencial inexacto del calor ($\delta Q$), la presión ($p$) y la variación del volumen ($dV$) según la ecuación:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
y la expresión de la segunda ley de la termodinámica con la temperatura absoluta ($T$) y la variación de la entropía ($dS$) como:
| $ \delta Q = T dS $ |
podemos concluir que:
| $ dU = T dS - p dV $ |
ID:(3471, 0)
Energía Interna
Ecuación
Si la temperatura absoluta ($T$) y la presión ($p$) se mantienen constantes, el la variación de la Energía Interna ($dU$), que depende de la variación de la entropía ($dS$) y la variación del volumen ($dV$),
| $ dU = T dS - p dV $ |
puede integrarse, lo que nos da la expresión para la energía interna ($U$) en términos de la entropía ($S$) y el volumen ($V$):
| $ U = T S - p V $ |
ID:(3472, 0)
Energía Interna: Coeficiente de la Entropía
Ecuación
Dado que la energía interna ($U$) es una función de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), el diferencial de la energía interna ($dU$) se expresa de la siguiente manera:
$dU=\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_VdS+\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_SdV$
Esto nos permite definir la pendiente en la variación de la entropía ($S$) como la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$):
| $ DU_{S,V} = \left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial S }\right)_ V $ |
ID:(568, 0)
Energía Interna: Coeficiente del Volumen
Ecuación
Dado que la energía interna ($U$) es una función de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), el diferencial de la energía interna ($dU$) se expresa de la siguiente manera:
$dU=\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_VdS+\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_SdV$
Esto nos permite definir la pendiente en la variación de el volumen ($V$) como la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$):
| $ DU_{V,S} = \left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial V }\right)_ S $ |
ID:(569, 0)
Energía interna y ecuación de estado con entropía constante
Ecuación
El diferencial de la energía interna ($dU$) es una función de las variaciones de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), así como de las pendientes la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$) y la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$), lo que se expresa como:
| $ dU = DU_{S,V} dS + DU_{V,S} dV $ |
Comparando esto con la primera ley de la termodinámica, resulta que la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$) es igual a menos la presión ($p$):
| $ DU_{V,S} =- p $ |
ID:(3535, 0)
Energía interna y ecuación de estado con volumen constante
Ecuación
El diferencial de la energía interna ($dU$) es una función de las variaciones de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), así como de las pendientes la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$) y la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$), lo que se expresa como:
| $ dU = DU_{S,V} dS + DU_{V,S} dV $ |
Al comparar esto con la primera ley de la termodinámica, resulta que la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$) es igual a la temperatura absoluta ($T$):
| $ DU_{S,V} = T $ |
ID:(3546, 0)
Diferencial de la energía interna
Ecuación
Dado que la energía interna ($U$) es una función de la entropía ($S$) y el volumen ($V$), el diferencial de la energía interna ($dU$) se expresa de la siguiente manera:
$dU=\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_VdS+\left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_SdV$
Esto nos permite definir el diferencial de la energía interna ($dU$) con las pendientes la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$) y la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$):
| $ dU = DU_{S,V} dS + DU_{V,S} dV $ |
ID:(8185, 0)
Energía interna y relación de Maxwell
Ecuación
Dado que la energía interna ($U$) es un diferencial exacto, esto significa que se puede variar primero la entropía ($S$) y luego el volumen ($V$), o en el orden inverso, y el resultado será el mismo. Esto se puede expresar al derivar las pendientes en diferentes órdenes y no habrá diferencia:
$D(DU_{S,V})_{V,S}=D(DU_{V,S})_{S,V}$
Si se reemplaza el diferencial con la variable a la que corresponde, se obtiene la relación que involucra a la temperatura absoluta ($T$) y la presión ($p$):
| $ DT_{V,S} =- Dp_{S,V} $ |
Dado que el diferencial de la energía interna ($dU$) es un diferencial exacto, debemos notar que la energía interna ($U$) con respecto a la entropía ($S$) y el volumen ($V$) debe ser independiente del orden en que se toman las derivadas de la función:
$D(DU_{S,V})_{V,S}=D(DU_{V,S})_{S,V}$
Utilizando la relación entre la pendiente la derivada parcial de la energía interna respecto de la entropía a volumen constante ($DU_{S,V}$) y la temperatura absoluta ($T$)
| $ DU_{S,V} = T $ |
,
y la relación entre la pendiente la derivada parcial de la energía interna respecto del volumen a entropía constante ($DU_{V,S}$) y la presión ($p$)
| $ DU_{V,S} =- p $ |
,
podemos concluir que:
| $ DT_{V,S} =- Dp_{S,V} $ |
ID:(3556, 0)