Energia interna e il suo potenziale

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Quando si parla di energia interna si fa riferimento all’energia posseduta da un sistema a livello microscopico, cioè l’energia che hanno le particelle molecolari di cui è composto il sistema, in particolar modo dell’energia cinetica e potenziale prese in considerazione nella loro completa forma. L’energia interna si basa sui contribuiti di:

  • energia traslazionale, rotazionale e vibrazionale delle entità molecolari che lo compongono;
  • energia posseduta dagli elettroni;
  • energia al punto zero (energia fondamentale posseduta a 0 K).

Questa forma di energia subisce delle continue variazioni che sono influenzate solo inizialmente e verso la fine della trasformazione termodinamica e non dal decorso dell’opera, che parte dallo stato iniziale per arrivare allo stadio finale. L’energia interna esprime anche la quantità di energia sprigionata da un sistema termodinamico in una mutazione isocora e isoentropica (a volume ed entropia costanti). Nel sistema internazionale viene misurata in joule.

In poche parole, l’energia interna di un sistema termodinamico è la somma di tutte le energie, potenziale e cinetica e di tutte le particelle che lo compongono.

Andiamo a vedere cosa sono Cinetica e Potenziale.

  • L’energia cinetica di una molecola è rappresentata da più contributi, ad esempio quella dell’idrogeno è composta da tre contributi, cioè da tre diverse fasi.

1) traslazionale – moto rettilineo e puntiforme; sono sollecitazioni piuttosto forti e continue, in cui la molecola sbatte ripetutamente contro le pareti.

2) rotazione – movimento circolare attorno al suo centro di massa.

3) vibrazione – oscillazione dei due atomi di idrogeno; per via della costante vibrazione le molecole subiscono diverse distanze (vicine e/o lontane).

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  • L’energia potenziale, chiamata anche energia di posizione, è generata dalla posizione degli atomi che costituiscono la molecola, perciò la forza di unione degli atomi che li tengono uniti (Legami intramolecolari). Considerando invece più molecole, l’energia potenziale complessiva è la forza delle singole molecole e della stessa che esercitano le une sulle altre.

Come abbiamo appurato l’energia interna è influenzabile dalle trasformazioni chimiche che vede protagoniste le due energie, potenziale e cinetica. Lo scambio tra le due, crea una reazione che rilascia le molecole reagenti, cioè gli atomi così liberati hanno modo di riassestarsi in nuove posizioni, stabilendo nuovi legami. Sono due le trasformazioni chimiche previste:

Reazione esotermica: questa avviene quando i nuovi legami nella loro totalità hanno una minore quantità di energia potenziale, rispetto ai vecchi legami. L’esubero di energia diventa calore, quindi energia cinetica, che si disperde nell’aria circostante.

Reazione endotermica: questa succede quanto i nuovi legami nella loro totalità hanno una maggiore quantità di energia potenziale, rispetto ai vecchi legami. Il sistema, per compensare succhia energia cinetica, quindi calore, dall’esterno per convertirlo in energia potenziale, quindi di legame.

Tale forma di energia è una funzione di stato pertanto è soggetta a tutte le variabili di stato del contesto che la circondano, le variazioni di energia interna sono applicate dal primo principio della termodinamica. Inoltre, sempre la stessa è considerata una grandezza estensiva ma può diventare intensiva, rispetto alla massa e alla quantità di sostanza. Quest’ultime fanno riferimento all’energia interna massiccia e all’energia interna molare, queste insieme alle ponderali si chiamano grandezze specifiche, e vengono indicate con la lettera minuscola della grandezza totale.

 

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