energia interna

La llei de la conservació de l’energia o primer principi de la termodinàmica es pot formular, en termes actuals, com: «Existeix una variable d’estat extensiva, l’energia interna, U, la variació de la qual, en un sistema tancat, en repòs i en presència de lligams externs, només pot efectuar-se en forma de treball, W, i en forma de calor, Q,: U = ?Q + W.»

Els potencials termodinàmics més coneguts són: l’entalpia, H = U + pV, introduïda per H. Kammerlingh-Ones l’any 1909, nom grec que vol dir escalfar dins i que Gibbs ja va fer servir per estudiar els processos a pressió constant (de fet és la calor bescanviada durant el procés a pressió constant); l’energia (lliure) de Helmholtz, A = U – TS, introduïda per Helmholtz l’any 1882, i que està associada a la part d’energia interna, U, que es pot utilitzar (de fet és un procés a volum constant); i l’energia (lliure) de Gibbs, G = H – TS, introduïda per Gibbs el 1873, i que és equivalent al concepte d’energia lliure com a energia interna que es pot utilitzar, però ara per a processos a pressió constant i que és la que es fa servir més per als processos químics ja que descriu l’apropament a l’equilibri per a processos a temperatura i pressió constants.

L’altra formulació està basada en l’existència d’una temperatura màxima en l’escala de temperatures, potser dins d’algun tipus d’estrelles, d’un ordre de magnitud entre (10¹¹-10¹²) K. Per a temperatures més altes, és més econòmic dissipar l’excés d’energia afegida al sistema mitjançant la creació d’un gran nombre de partícules fonamentals a una temperatura constant, que augmentar l’energia interna mantenint el nombre de partícules fix [19].

D’aquesta manera, el primer que es proposa Planck és determinar les funcions termodinàmiques característiques de la radiació del cos negre (entropia, energia interna, pressió i 320 M.

La forma del primer principi que pren com a punt inicial del raonament té la forma particular següent: dQ = dE + pdV – qdG, en què dQ és la calor transferida; dE, el diferencial d’energia interna ; pdV, el treball compressional, i qdG, el treball translacional.

Einstein afegeix aquest darrer terme a la fórmula habitual, com també fa Planck, per a justificar el fet que, en un cos en moviment, no tot el subministrament de calor més el treball extern es tradueixen en un augment d’energia interna, sinó que s’ha de descomptar el treball invertit en augmentar l’energia cinètica del cos.