พลังงานภายในระบบ (Internal Energy) คือ พลังงานทั้งหมดของระบบ ซึ่งประกอบด้วยพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคต่างๆ ที่อยู่ในระบบ
พลังงานภายในของระบบขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น
- อุณหภูมิของสาร
- ความดันของสาร
- ปริมาตรของสาร
- โครงสร้างของสาร
พลังงานภายในของระบบสามารถคำนวณได้จากสมการดังนี้
1 | U = n * Cv * T |
โดยที่
- U คือ พลังงานภายในของระบบ (J)
- n คือ จำนวนโมลของสาร (mol)
- Cv คือ ความร้อนจำเพาะที่คงปริมาตรของสาร (J/mol/K)
- T คือ อุณหภูมิของสาร (K)
พลังงานภายในของแก๊สอุดมคติ
พลังงานภายในของแก๊สอุดมคติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับความดันหรือปริมาตรของแก๊ส สามารถคำนวณได้จากสมการดังนี้
1 | U = n * 3/2 * R * T |
โดยที่
- U คือ พลังงานภายในของระบบ (J)
- n คือ จำนวนโมลของสาร (mol)
- R คือ ค่าคงตัวของแก๊สอุดมคติ (8.314 J/mol/K)
- T คือ อุณหภูมิของสาร (K)
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ (ΔU) เกิดขึ้นได้ 2 กรณี คือ
- การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสาร (ΔU = n * Cv * ΔT)
- การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตรของสาร (ΔU = n * R * ΔT / (1 - β * ΔP / P))
โดยที่
- ΔU คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ (J)
- n คือ จำนวนโมลของสาร (mol)
- Cv คือ ความร้อนจำเพาะที่คงปริมาตรของสาร (J/mol/K)
- T คือ อุณหภูมิของสาร (K)
- β คือ สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของสาร (K⁻¹)
- ΔP คือ การเปลี่ยนแปลงความดันของสาร (Pa)
- P คือ ความดันของสาร (Pa)
การนำพลังงานภายในไปประยุกต์ใช้
พลังงานภายในสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น
- การขยายตัวและการหดตัวของสาร
- การหลอมเหลวและการแข็งตัวของสาร
- การระเหยและการควบแน่นของสาร
- การเผาไหม้ของสาร
สรุป
พลังงานภายในระบบคือ พลังงานทั้งหมดของระบบ ซึ่งประกอบด้วยพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคต่างๆ ที่อยู่ในระบบ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบเกิดขึ้นได้ 2 กรณี คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสาร และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตรของสาร พลังงานภายในสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้มากมาย