Energía interna

Question

La energía interna en un estado específico no puede calcularse, pero utilizando la teoría cinética de los gases y la ley de equipartición de la energía, la energía cinética media es directamente proporcional a la temperatura. Para un gas ideal, la energía interna se debe a la energía cinética, ya que despreciamos la energía potencial. Esto significa que la energía interna sólo es función de la temperatura. Esto da para un gas monoatómico, la ecuación: $$\langle E\rangle=\frac{3}{2}RT,$$

de $U=\frac{f}{2}RT$ del teorema de la ley de equipartición, donde $f$ es el número de grados de libertad.

Entonces, ¿por qué no podemos encontrar la energía interna de un estado concreto?

Answer 1

Como la energía interna es una función de estado, se define su cambio. Para encontrar su valor en un estado dado tenemos que considerar un estado de referencia del sistema en el que se toma cero arbitrariamente. En tu resultado de la teoría cinética cero kelvin es la temperatura o estado de referencia.

Answer 2

Parece que tomas una regla casi universal y la entiendes como absolutamente universal.

La limitación de conocer las energías internas es (a) si sólo conocemos el macroestado y (b) se aplica a casi pero no del todo, todos los sistemas.

El "casi" es importante aquí porque para unos pocos modelos -generalmente muy simples- y unos pocos sistemas físicos que están muy bien representados por esos modelos podemos calcular la energía interna conociendo sólo las variables macroscópicas.

Y el gas ideal es el principal ejemplo de tal sistema.

Así pues, la respuesta breve a su pregunta es que el gas ideal es una de las pocas excepciones a la regla general.

Answer 3

La energía interna puede calcularse sólo para algunos sistemas, lo que incluye el ejemplo de gas ideal que has utilizado.

Para los gases reales, la energía interna depende también de otras cosas, para las que no podemos derivar una relación.

Espero que esto ayude. Pregunta cualquier cosa si no está claro. Que tenga un buen día :)

Answer 4

Incluso los gases monoatómicos están formados por partes más pequeñas, núcleos, electrones y otras partículas subatómicas, todas ellas capaces de almacenar energía. Cuando escribimos $$\langle E \rangle = \frac{3}{2}RT$$ estamos haciendo el implícito supuesto que en las condiciones de nuestro sistema estas otras formas de energía no cambian apreciablemente. Pero esto no cambia el hecho de que hay contribuciones a la energía interna que no estamos incluyendo en esta fórmula.