Inwendige energie

Schrijver: Leandro Alegsa

17-12-2020

In de thermodynamica is de interne energie van een thermodynamisch systeem, of een lichaam met goed gedefinieerde grenzen, aangeduid met U, of soms E, het totaal van de kinetische energie als gevolg van de beweging van moleculen (translatie, rotatie, vibratie) en de potentiële energie geassocieerd met de vibratie- en elektrische energie van atomen in moleculen of kristallen. Het omvat de energie in alle chemische bindingen, en de energie van de vrije, geleidende elektronen in metalen.

De interne energie is een thermodynamisch potentieel en voor een gesloten thermodynamisch systeem dat op constante entropie wordt gehouden, zal het worden geminimaliseerd.

Men kan ook de interne energie van elektromagnetische of blackbody straling berekenen. Het is een toestandsfunctie van een systeem, een uitgebreide hoeveelheid. De SI-eenheid van energie is de joule, hoewel andere historische, conventionele eenheden nog steeds in gebruik zijn, zoals de (kleine en grote) calorie voor warmte. (Calorieën die op klassieke voedseletiketten staan zijn eigenlijk kilocalorieën).

Overzicht

De interne energie omvat niet de omzettings- of rotatiekinetische energie van een lichaam als geheel. Het omvat ook niet het relativistische massa-energie-equivalent E = mc2. Het sluit elke potentiële energie uit die een lichaam kan hebben vanwege zijn locatie in een extern gravitatie of elektrostatisch veld, hoewel de potentiële energie die het heeft in een veld als gevolg van een geïnduceerd elektrisch of magnetisch dipoolmoment wel meetelt, net als de energie van de vervorming van vaste stoffen (stress-strain).

Het principe van de uitrusting van energie in de klassieke statistische mechanica stelt dat elke moleculaire graad van vrijheid 1/2 kT aan energie ontvangt, een resultaat dat gewijzigd werd toen de kwantummechanica bepaalde anomalieën verklaarde; b.v. in de waargenomen specifieke verhitting van kristallen (wanneer hν > kT). Voor monatomair helium en andere edelgassen bestaat de interne energie alleen uit de translationale kinetische energie van de individuele atomen. Monatomaire deeltjes draaien of trillen natuurlijk niet (zinnig) en worden niet elektronisch aangezet tot hogere energieën, behalve bij zeer hoge temperaturen.

Vanuit het oogpunt van de statistische mechanica is de interne energie gelijk aan het ensemblegemiddelde van de totale energie van het systeem.