الطاقة الداخلية والإنثالبي

الطاقة الداخلية والإنثالبي

عنما يكون لدينا عدد كبير من الجسيمات في نظام مغلق (مثل غاز في قارورة ) ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن التغير التفاضلي للطاقة الداخلية dU للنظام تكون مساوية لتغير في الحرارة δQ المعطاة للنظام ناقصا منها كمية الشغل δW المؤدى من النظام . [note 1]

ويمكن تفسير ذلك بأن δQ تقدم جزءا للطاقة الداخلية في النظام و جزءا للشغل الذي يؤديه النظام . بمعنى آخر عندما نعطي النطام جزءا من الحرارة δQ يحتفظ النظام بجزء منها و يؤدي الجزء الآخر كشغل ميكانيكي.

ويحوي الشغل الذي يؤديه النظام الشغل المؤدى على الوسط المحيط في هيئة تمدد حجم النظام (مثل مكبس) :

ونسمي الطاقة الداخلية بأنها دالة حالة . وفي عملية دورية مثل تشغيل آلة بخارية تعود دالات الحالة إلى قيمها الأولى بعد إتمام دورة كاملة. أي أن التغير التفاضلي للطاقة الداخلية هو تغير تفاضلي تام dU . ونرمز إلى التفاضل التام بالرمز d .
وبالمقارنة فإن كلا من Q أو W لا تمثلان حالة للنظام . أي أن التغير في الحرارة وفي الشغل لا تعتبر تفاضل تام ، ونرمز لهما δQ و δW . ونستخدم الرمز delta, ) δ ) كرمز لتغير غير تفاضلي تام .
يوصف تكامل التفاضل الغير التام مع الزمن لنظام عند مغادرة نظام لحالته ثم العودة إلى نفس الحالة الترموديناميكية بأنها لا تكون مساوية بالصفر. ولكن عندما نعطي حرارة إلىنظام حيث يؤدي عملية غير عكوسية عند درجة حرارة معينة T, فإن الحرارة δQ ودرجة الحرارة T تشكلان تفاضلا كاملا.

حيث S إنتروبا النظام .
بالمثل ، عندما يكون الضغط p على الحاجز بين النظام والوسط المحيط يشكل الشغل δW والضغط p تفاضل تام:

حيث V حجم النظام . وعلى وجه العموم في حالة نظام منتظم التوزيع ، تنطبق المعادلة:

فإذا كان الحجم V ثابتا :

وإذا كان الضغط p ثابتا، تنطبق:

حيث H الإنثالبي ، ويعرف ب :

[عدل]