Energía interna
En termodinámica, la energía interna de un sistema termodinámico, o de un cuerpo con límites bien definidos, denotada por U, o a veces E, es el total de la energía cinética debida al movimiento de las moléculas (traslacional, rotacional, vibracional) y la energía potencial asociada a la energía vibracional y eléctrica de los átomos dentro de las moléculas o cristales. Incluye la energía de todos los enlaces químicos y la energía de los electrones libres de conducción en los metales.
La energía interna es un potencial termodinámico y para un sistema termodinámico cerrado que se mantiene con entropía constante, se minimizará.
También se puede calcular la energía interna de la radiación electromagnética o del cuerpo negro. Es una función de estado de un sistema, una cantidad extensiva. La unidad de energía del SI es el julio, aunque se siguen utilizando otras unidades históricas y convencionales, como la caloría (pequeña y grande) para el calor. (Las calorías que aparecen en las etiquetas clásicas de los alimentos son en realidad kilocalorías).
Resumen
La energía interna no incluye la energía cinética de traslación o rotación de un cuerpo en su conjunto. Tampoco incluye el equivalente masa-energía relativista E = mc 2. Excluye la energía potencial que pueda tener un cuerpo por su ubicación en un campo gravitatorio o electrostático externo, aunque la energía potencial que tiene en un campo debido a un momento dipolar eléctrico o magnético inducido sí cuenta, al igual que la energía de deformación de los sólidos (tensión-deformación).
El principio de equipartición de la energía en la mecánica estadística clásica establece que cada grado de libertad molecular recibe 1/2 kT de energía, un resultado que se modificó cuando la mecánica cuántica explicó ciertas anomalías; por ejemplo, en los calores específicos observados de los cristales (cuando hν > kT). En el caso del helio monatómico y otros gases nobles, la energía interna consiste únicamente en la energía cinética de traslación de los átomos individuales. Las partículas monatómicas, por supuesto, no giran ni vibran (sensiblemente), y no se excitan electrónicamente a energías más altas excepto a temperaturas muy altas.
Desde el punto de vista de la mecánica estadística, la energía interna es igual a la media del conjunto de la energía total del sistema.
Preguntas y respuestas
P: ¿Cuál es el símbolo utilizado para denotar la energía interna?
R: El símbolo utilizado para denotar la energía interna es U, o a veces E.
P: ¿Qué tipo de energía incluye la energía interna?
R: La energía interna incluye la energía cinética debida al movimiento de las moléculas (traslacional, rotacional, vibracional) y la energía potencial asociada a la energía vibracional y eléctrica de los átomos dentro de las moléculas o cristales. También incluye la energía de todos los enlaces químicos y los electrones de conducción libre en los metales.
P: ¿La energía interna es una función de estado?
R: Sí, la energía interna es un potencial termodinámico y una función de estado de un sistema.
P: ¿Qué unidad se utiliza para medir la energía interna?
R: La unidad SI para medir la energía interna son los julios, aunque otras unidades históricas como las calorías siguen utilizándose.
P: ¿Cómo afecta la entropía a las energías internas?
R: Para un sistema termodinámico cerrado mantenido a entropía constante, sus energías internas serán mínimas.
P: ¿Se pueden calcular las energías internas de la radiación electromagnética o de la radiación de cuerpo negro?
R: Sí, es posible calcular las energías internas de la radiación electromagnética o de la radiación del cuerpo negro.
P: ¿Son exactas las etiquetas de los alimentos cuando enumeran las calorías?
R: No, las etiquetas de los alimentos no son exactas cuando enumeran las calorías porque en realidad se refieren a kilocalorías.
