La energía interna es la energía microscópica contenida en una sustancia, dada por la energía cinética aleatoria y desordenada de las moléculas. Además, incluye la energía potencial entre estas moléculas, y la energía nuclear contenida en los átomos de estas moléculas. La energía interna y la energía térmica son muy similares en un contexto termodinámico básico. Sin embargo, se diferencian porque la energía interna abarca mucho más que la energía cinética media de las moléculas. Esta distinción es importante porque las energías potenciales entre las moléculas y los átomos son importantes para entender los cambios de fase, las reacciones químicas, las reacciones nucleares y muchos más fenómenos microscópicos.
Todos los objetos en el espacio exhiben energía macroscópica y microscópica. Aunque son muy similares en concepto, la principal distinción es que la energía microscópica no se puede ver. Por ejemplo, un vaso de agua sobre una mesa no tiene energía macroscópica aparente, pero a escala microscópica es una masa de moléculas de alta velocidad que viajan a cientos de metros por segundo.
La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía interna puede cambiarse en un sistema realizando trabajo sobre él, añadiendo/quitando calor del mismo, o una combinación de ambos. Si el sistema está aislado, tiene prohibidas las interacciones con su entorno, lo que significa que la energía interna no puede cambiar.
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