İç Enerji

Bir maddede bulunan tüm olası enerji türlerinin toplamı, iç enerji (U) olarak adlandırılır ve bazen E olarak sembolize edilir. Başlangıçta bir iç enerjiye sahip sistemin, U_initial‘ın (U_ilk), enerjide bir değişikliğe (iş veya ısı transferi) maruz kaldığını ve sistemin son iç enerjisinin U_final (U_son) olduğunu varsayalım. İç enerjideki değişim U_final ve U_initial arasındaki farka eşittir. 

Bir sistem için U_final ve U_initial için değerler belirlenemese de, termodinamiğin birinci yasası yalnızca U_final  ve U_initial değerlerini bilmeden bile belirlenebilen ΔU değerini gerektirir. Pozitif bir ΔU değeri U_final > U_initial olduğunda ortaya çıkar ve sistemin çevreden enerji aldığını gösterir. U_final < U_initial olduğunda negatif bir ΔU değeri elde edilir ve sistemin çevreye enerji kaybettiğini gösterir.

Isı (termal enerji) ve iş (mekanik enerji), bir sistemin çevresiyle enerji alışverişinde bulunabileceği iki farklı yoldur. Enerji, çevreden ısıyı (q) emdiğinde veya çevre sistem üzerinde çalıştığında (w) bir sisteme aktarılır. 

Örneğin, oda sıcaklığındaki metal tel sıcak suya daldırılırsa (tel sudan ısıyı emer) veya hızla ileri geri bükülürse (tel üzerinde yapılan iş nedeniyle ısınırsa) tele enerji aktarılır. Her iki işlem de telin iç enerjisini artırır bu da telin sıcaklığındaki arttığını gösterir. Tersine, sistemden ısı kaybolduğunda veya sistem çevre üzerinde iş yaptığında enerji bir sistemden dışarı aktarılır. Örneğin, roket yakıtının yakılması muazzam miktarda ısı açığa çıkarır ve aynı zamanda belirli bir mesafeye bir kuvvet uygulayarak (bir uzay mekiğinin yerden kalkmasına neden olur) çevre üzerinde iş yapar. Her iki süreç de sistemin iç enerjisini azaltır.

İç enerji, ısı ve iş arasındaki ilişki denklemle gösterilebilir:

Bu, termodinamiğin birinci yasasının bir versiyonudur ve bir sistemin iç enerjisinin sisteme giren veya çıkan ısı akışı yoluyla değiştiğini veya işin sistem üzerinde veya tarafından yapıldığını gösterir. Isı ve iş için işaretler, sistemin enerji kazanıp kaybetdiğine bağlıdır. Pozitif q, çevreden sisteme ısı akışını, negatif q ise sistemden ısı çıkışını gösterir. İş, w, sistem üzerinde yapılıyorsa pozitif, sistem tarafından yapılıyorsa negatiftir.

q ve w ‘nin her ikisi de pozitif (>0) olduğunda, ΔU her zaman pozitiftir (>0) ve sistemin iç enerjisi artar. q ve w‘nin ikisi de negatif (<0) olduğunda, ΔU her zaman negatiftir (<0) ve sistemin iç enerjisi azalır. q ve w‘nin farklı işaretleri varsa, o zaman ΔU‘nun işareti, q ve w‘nin göreli büyüklüklerine bağlıdır.    

SI enerji, ısı ve iş birimi joule (J)’dir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: OpenStax Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.