Energia interna

Autor: Leandro Alegsa

26-01-2021

Na termodinâmica, a energia interna de um sistema termodinâmico, ou de um corpo com limites bem definidos, denotada por U, ou às vezes E, é o total da energia cinética devido ao movimento das moléculas (translacional, rotacional, vibracional) e a energia potencial associada à energia vibracional e elétrica dos átomos dentro das moléculas ou cristais. Ela inclui a energia em todas as ligações químicas, e a energia dos elétrons livres de condução em metais.

A energia interna é um potencial termodinâmico e para um sistema termodinâmico fechado mantido em entropia constante, ela será minimizada.

Também se pode calcular a energia interna da radiação eletromagnética ou de corpo negro. É uma função de estado de um sistema, uma grande quantidade. A unidade SI de energia é o joule, embora outras unidades históricas e convencionais ainda estejam em uso, tais como a caloria (pequena e grande) para o calor. (As calorias que estão nos rótulos clássicos dos alimentos são na verdade quilo-calorias).

Visão geral

A energia interna não inclui a energia cinética translacional ou rotacional de um corpo como um todo. Também não inclui a energia relativista de massa equivalente E = mc2. Exclui qualquer energia potencial que um corpo possa ter devido a sua localização em campo gravitacional ou eletrostático externo, embora a energia potencial que ele tem em um campo devido a um momento dipolo elétrico ou magnético induzido conte, assim como a energia de deformação dos sólidos (tensão-deformação).

O princípio de equiparação de energia na mecânica estatística clássica afirma que cada grau de liberdade molecular recebe 1/2 kT de energia, um resultado que foi modificado quando a mecânica quântica explicou certas anomalias; por exemplo, nos aquecedores específicos de cristais observados (quando hν > kT). Para o hélio monatômico e outros gases nobres, a energia interna consiste apenas da energia cinética translacional dos átomos individuais. As partículas monatômicas, naturalmente, não giram (sensivelmente) ou vibram, e não são excitadas eletronicamente para energias mais altas, exceto a temperaturas muito altas.

Do ponto de vista da mecânica estatística, a energia interna é igual à média do conjunto da energia total do sistema.

Perguntas e Respostas

P: Qual é o símbolo usado para denotar a energia interna?

R: O símbolo usado para denotar a energia interna é U, ou às vezes E.

P: Que tipo de energia interna inclui a energia interna?

R: A energia interna inclui a energia cinética devido ao movimento das moléculas (translacional, rotacional, vibracional) e a energia potencial associada com a energia vibracional e elétrica dos átomos dentro das moléculas ou cristais. Ela também inclui a energia em todas as ligações químicas e elétrons de condução livre em metais.

P: A energia interna é uma função do estado?

R: Sim, a energia interna é um potencial termodinâmico e uma função de estado de um sistema.

P: Que unidade é usada para medir a energia interna?

R: A unidade SI para medir a energia interna é joules, embora outras unidades históricas, como calorias, ainda estejam em uso.

P: Como a entropia afeta as energias internas?

R: Para um sistema termodinâmico fechado mantido em entropia constante, suas energias internas serão minimizadas.

P: O senhor pode calcular as energias internas da radiação eletromagnética ou da radiação de corpo negro?

R: Sim, é possível calcular as energias internas da radiação eletromagnética ou da radiação do corpo negro.

P: As etiquetas dos alimentos são precisas quando listam as calorias?

R: Não, os rótulos dos alimentos não são precisos quando eles listam calorias, porque na verdade eles se referem a quilo-calorias.