Внутренняя энергия

Физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия и движения материальных систем называется энергией. Энергия обычно определяется как способность совершать работу. Различают кинетическую и потенциальную энергии. Энергию, которой обладает движущееся тело, называют кинетической энергий. Энергия, приобретенная телом в результате изменения им или его составными частями положения в пространстве, считается потенциальной. Любая термодинамическая система обладает определенным запасом энергии. Этот запас энергии в термодинамике называют внутренней энергией. Внутренняя энергия – это сумма энергий теплового движения структурных единиц, внутриядерных превращений, энергии межмолекулярного взаимодействия, т.е. общий запас энергии системы, кроме её потенциальной и кинетической энергии. Внутренняя энергия системы является функцией состояния. Абсолютную величину внутренней энергии невозможно измерить, т.к. невозможно учесть все виды взаимодействий, однако можно измерить изменение внутренней энергии.

Энергетический обмен между системой и ее окружением характеризуется разностью: DU = U₂–U₁. Если U₂<U₁, то система теряет энергию, т.е. энергия передается от системы к ее окружению. Энергия может передаваться двумя способами – в виде теплоты и совершения работы. Передача энергии, вызываемая разностью температур между системой и её окружением или между системами, называется передачей теплоты.

Количество энергии, передаваемое таким образом является теплотой и обозна-чается Q. Теплота в общем случае не является свойством (функцией состояния) системы, она характеризует только то, что происходит с системой. Теплота явля-ется неупорядоченной формой энергии. Если система получает некоторое коли-чество энергии в форме теплоты, то Q > 0. Если система передает теплоту, то Q< 0.

Работа – упорядоченная форма передачи энергии. Она направлена на преодоление сопротивления. В химической термодинамике работа связана с расширением системы (работа против внешнего давления):

A = pDV = p(V₂–V₁).

В живых организмах работа совершается за счет энергии, выделяющейся при окислении питательных веществ. Совершаемая работа может быть механической (например, перемещение организма или движение отдельных частей тела), электрической (изменение электрических потенциалов на клеточных мембранах), химической (анаболические реакции, т.е. синтез веществ).