Energía interna de un sistema: definición y medición

¿Qué es la energía interna de un sistema?

Un sistema es una colección de partes que de alguna manera están conectadas o funcionan juntas. Los sistemas pueden ser muchas cosas. La mecánica de un automóvil es un sistema y también lo es el sol. Los sistemas también se utilizan en termodinámica para describir áreas que permiten que el calor se mueva libremente. Es esta última definición la más relevante cuando hablamos de energía interna. Eso es porque la energía interna es un término que se usa comúnmente en termodinámica. Es una forma de describir toda la energía contenida en las partículas que componen un sistema.

Tipos de energía

Este tipo de sistemas podría ser una caja llena de gas oxígeno o el líquido dentro de la línea de freno de una bicicleta. Sea lo que sea, las partículas contenidas dentro del sistema tienen una cierta cantidad de energía total. Para ser exactos, la energía interna del sistema es el total de la energía cinética o de movimiento de las partículas y la energía potencial o de posición de las partículas.

Las partículas dentro de un gas siempre se mueven. Ya sabes, eso dispara por todos lados como los asteroides y meteoros que a menudo se representan en programas de ciencia ficción o como bolas de billar que rebotan en los cojines de una mesa de billar. Todo lo que se mueve contiene energía, también conocida como energía cinética. Cuanto más rápido se mueven, más energía cinética tienen las partículas. Pero los objetos y las partículas también tienen energía potencial. Cuando levantas la pelota en el aire y la sueltas, cae al suelo. La razón por la que lo hace es porque una bola que está más arriba contiene energía potencial gravitacional. Cuando lo sueltas, se libera esa energía potencial gravitacional. Las partículas de gas son las mismas. Según la posición relativa a otras partículas, tienen energía potencial. Cuanto más separas las partículas, más energía potencial tienen debido a la atracción entre ellos. Suma esos dos números (energía cinética más energía potencial) para cada partícula de un sistema y obtendrás la energía interna total de ese sistema.

Medición de la energía interna de un sistema

Está bien, eso es bueno en teoría, pero ¿cómo lo haces realmente? ¿Qué se necesita para medir la energía interna de un sistema?

Bueno, tendríamos que medir la energía cinética y la energía potencial por separado. La energía cinética de las partículas es algo que puede identificar en su vida diaria. Se manifiesta como una propiedad que escuchamos cada vez que vemos un pronóstico del tiempo: la temperatura. Cuando el aire está más caliente, las moléculas de aire se mueven más rápido. Eso es la temperatura. Entonces, la temperatura es una medida de la energía cinética de las partículas. Cuanto mayor sea la temperatura, más energía interna debe tener el sistema.

La energía potencial es un poco más difícil de medir. Pero una cosa que se relaciona con la energía potencial es la fase o el estado de la sustancia. Los sólidos, como el hielo o la madera, contienen partículas muy compactas que están cerca unas de otras. Esto significa que tienen menos energía potencial, como cuando la pelota está cerca de la tierra. Los líquidos tienen partículas que se deslizan entre sí y están más separadas que los sólidos. Tienen un poco más de energía potencial. Y los gases tienen partículas que se separan, lo que les da mucha energía potencial, como cuando la bola se eleva muy por encima de la tierra. Cuando hacemos que un sólido se derrita en un líquido, o que un líquido hierva en un gas, agregamos energía al sistema a través del calor. De aquí proviene la energía potencial de las moléculas. Entonces, cuando observa la temperatura y el estado de un sistema,

Resumen de la lección

Un sistema es un conjunto de partes conectadas. Esas pueden ser las partes de un motor, pero en termodinámica generalmente hablamos de partículas que están cerca unas de otras para que la energía pueda transferirse entre ellas. La energía interna de tal sistema es igual a la suma total de todas las energías cinéticas y energías potenciales de todas las partículas dentro de él. La energía cinética es energía de movimiento y la energía potencial es energía de posición o separación.

La temperatura es una medida de la energía cinética o de movimiento de las partículas. Para ser exactos, la temperatura es la energía cinética promedio de las partículas en una sustancia. El estado o fase es una medida de la energía potencial de las partículas. Se trata de la separación entre ellos. Más separación significa más energía potencial.