内部エネルギー

力学では、熱力学系、または境界が明確に定義された体の内部エネルギーは、U、または時にはEで示され、分子の運動(並進、回転、振動)による運動エネルギーと、分子や結晶内の原子の振動や電気エネルギーに関連するポテンシャルエネルギーの合計である。これには、すべての化学結合のエネルギーと金属の自由伝導電子のエネルギーが含まれます。

内部エネルギーは熱力学的ポテンシャルであり、一定のエントロピーに保持された閉じた熱力学系では、そのエネルギーは最小化される。

また、電磁放射や黒体放射の内部エネルギーを計算することもできます。これは、システムの状態関数であり、広範な量です。エネルギーのSI単位はジュールですが、他の歴史的な、従来の単位がまだ使用されていますが、そのような熱のための(小と大)カロリーなど。(古典的な食品ラベルに記載されているカロリーは、実際にはキロカロリーです)

概要

内部エネルギーには、身体全体の並進運動エネルギーや回転運動エネルギーは含まれません。また、相対論的質量エネルギーに相当する E = mc2 も含まれません。ただし、誘導された電気的または磁気的双極子モーメントによる場内のポテンシャルエネルギーや、固体の変形(応力-ひずみ)のエネルギーはカウントされます。

古典的統計力学におけるエネルギーの等分割の原理は、各分子の自由度が1/2 kTのエネルギーを受け取るとしていますが、これは量子力学で特定の異常を説明する際に修正されました単原子ヘリウムや他の希ガスでは、内部エネルギーは個々の原子の並進運動エネルギーのみで構成されています。もちろん、単原子粒子は(感覚的に)回転や振動をしないし、非常に高い温度でない限り、より高いエネルギーまで電子的に励起されない。

統計力学の観点から、内部エネルギーは系の全エネルギーのアンサンブル平均に等しい。

質問と回答

Q:内部エネルギーを表す記号は何ですか?


A:内部エネルギーを表すのに使われる記号はU、またはEです。

Q:内部エネルギーにはどのようなエネルギーが含まれますか?


A:内部エネルギーには、分子の運動(並進、回転、振動)による運動エネルギーと、分子や結晶内の原子の振動や電気エネルギーに伴う位置エネルギーが含まれます。また、すべての化学結合や金属中の自由伝導電子に含まれるエネルギーも含まれます。

Q:内部エネルギーは状態関数ですか?


A:はい、内部エネルギーは熱力学的ポテンシャルであり、系の状態関数の1つです。

Q:内部エネルギーの測定にはどのような単位が使われますか?


A:内部エネルギーのSI単位はジュールですが、カロリーなど他の歴史的な単位もまだ使われています。

Q:エントロピーは内部エネルギーにどのような影響を与えるのですか?


A:エントロピーが一定に保たれた閉じた熱力学系では、内部エネルギーは最小になります。

Q:電磁波や黒体放射の内部エネルギーは計算できるのか?


A:はい、電磁波や黒体放射の内部エネルギーを計算することは可能です。

Q:食品ラベルに記載されているカロリーは正確ですか?


A:いいえ、食品のラベルに記載されているカロリーは、正確ではありません。

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