Diskussion:Innere Energie

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Einleitung + 1. Abschnitt / Entwurf A

Einleitung

Die innere Energie $U$ ist die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems, das sich in Ruhe und im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Die innere Energie wird betrachtet, um nachzuverfolgen, ob ein System Energie gewinnt oder verliert.

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ändert sich die innere Energie, wenn das System mit seiner Umgebung Wärme oder Arbeit austauscht. Die Änderung $\Delta U$ der inneren Energie ist dann gleich der Summe aus der dem System zugeführten Wärme $Q$ und der Arbeit $W$, die am System geleistet wird, dieses aber als ganzes im Ruhezustand belässt:

$\Delta U=Q+W$

Die innere Energie ist eine extensive Zustandsgröße und ein thermodynamisches Potential des Systems. Aus der kalorischen Zustandsgleichung des Systems ergibt sich, wie die innere Energie aus anderen Zustandsgrößen (z. B. Druck, Temperatur, Teilchenzahl, Entropie, Volumen, etc.) zu berechnen ist.

In deiner Form ist es (besonders mit dem verkürzten Einleitungssatz) deutlich knackiger als vorher.

Ich finde, dass Innere Energie setzt sich aus der thermischen Energie, der chemischen Energie [...] zusammen auf jedem Fall drin bleiben sollte. Ansonsten ist es zu mathematisch, zu abstrakt. Ich finde die Defintion von .spektrum.de schön: Innere Energie: allein durch den inneren Zustand des Systems bestimmt. Also: Kernenergie und chemische Energie, nicht aber kinetische Energie oder Lage im Gravitationsfeld. Schön finde ich ebenfalls, dass die Änderung der inneren Energie durch Kalorimetrie veranschaulicht wird. Sollte so etwas OMA-tauglicher sein. --Minihaa (Diskussion) 22:10, 6. Mai 2015 (CEST) Vielleicht sind auch Druck, Teilchenzahl, ... bereits anschaulich genug... --Minihaa (Diskussion) 17:38, 12. Mai 2015 (CEST)

, dieses aber als ganzes im Ruhezustand belässt könnte man vielleicht streichen und (am Ende des nächsten Abschnitts) durch die Erläuterung ersetzen, dass innere Energie als ... gespeichert ist, nicht aber als kinetische Energie u.ä. --Minihaa (Diskussion) 22:21, 6. Mai 2015 (CEST)

Ist thermodynamische Energie heutzutage wirklcih noch gängig? --Minihaa (Diskussion) 22:31, 6. Mai 2015 (CEST) erledigtErledigt – --Minihaa (Diskussion) 17:38, 12. Mai 2015 (CEST)

Detaillierte Definition der Inneren Energie

Welche Energieformen zur inneren Energie gezählt werden, hängt von der Art der Prozesse ab, die innerhalb des betrachteten System und in Bezug auf seine Umgebung ablaufen.

Im einfachsten Fall besteht das System lediglich aus einer festen Zahl unveränderlicher Massenpunkte ohne potenzielle Energie, entsprechend einem verdünnten Edelgas. Dann ist seine innere Energie durch die gesamte kinetische Energie der ungeordneten Bewegung der Teilchen gegeben. Bei mehratomigen idealen Gasen kommen die kinetische Rotationsenergie der Moleküle und die kinetische und potenzielle Energie ihrer inneren Schwingungen hinzu. Bei nichtidealen Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen zählt weiter die gegenseitige potenzielle Energie der Teilchen zur inneren Energie. In Gegenwart äußerer Felder (etwa Elektrisches Feld, Magnetfeld, Schwerefeld) wird oft auch die potenzielle Energie der Teilchen, bezogen auf einen in Bezug zum System fest definierten Punkt, einbezogen. Sind chemische Reaktionen möglich, wird die innere Energie um die Energie der chemischen Bindungen der beteiligten Atomarten erweitert. Zur inneren Energie von Materie im Plasmazustand zählen auch die Ionisationsenergien der Moleküle und Atome. Bei Berücksichtigung von Kernreaktionen wie Radioaktivität, Kernfusion oder Kernspaltung, gehört die Kernbindungsenergie zur inneren Energie. Kommen auch Teilchenerzeugung und -vernichtung vor, wie z. B. im frühen Universum kurz nach dem Urknall, enthält die innere Energie auch die Ruheenergie der Teilchen und ist damit das gleiche wie gesamte Ruheenergie $E_{0}=M\,c^{2}$, wobei $M$ die Masse des Systems ist. Schließlich ist die innere Energie eines Hohlraums durch die in ihm herrschende Strahlungsenergie gegeben.

Allgemein gesagt, ist die innere Energie eines Systems der Teil seiner Ruheenergie, der sich ergibt, wenn die im Rahmen der betrachteten Prozesse konstanten Energieformen unbeachtet bleiben.

Die Energie, die sich aus der Bewegung und der Lage des Gesamtsystems ergibt, wird nicht zur inneren Energie gezählt und könnte ihr daher als äußere Energie gegenübergestellt werden.

Abgegebene Wärme und vom System geleistete Arbeit werden dabei mit umgekehrtem Vorzeichen gezählt.

(Ende Textvorschlag)

So find ichs besser als das Bestehende.--jbn (Diskussion) 18:20, 6. Mai 2015 (CEST)

Diesen Abschnitt finde ich auch besser. Allerdings wären Unterpunkte * vermutlich besser/übersichtlicher als ein Fließtext... Danke dir für deine Mühe! --Minihaa (Diskussion) 22:29, 6. Mai 2015 (CEST)

@Bleckneuhaus: Bist du mit meinen Änderungen deines Textes in der Diskussion einverstanden? Dann füge ihn doch in den Artikel ein, sonst wird der Text noch auf der Diskussionsseite vergessen. Ich möchte auch deinen Text nicht einfügen, damit ich nicht wie der Autor wirke. Viele Grüße --Minihaa (Diskussion) 17:40, 12. Mai 2015 (CEST)

@Minihaa: Tu Du es, ich könnte erst nächste woche dran gehen. --jbn (Diskussion) 18:37, 12. Mai 2015 (CEST)

Der Satz: "Die innere Energie wird betrachtet, um nachzuverfolgen, ob ein System Energie gewinnt oder verliert." ist eine pure Tautologie. Die innere Energie nimmt zu, wenn sie zunimmt und sie nimmt ab, wenn sie abnimmt. Außerdem fehlt in der Einleitung, dass die innere Energie in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße ist. --Pyrrhocorax (Diskussion) 18:42, 12. Mai 2015 (CEST)

Völlig richtig, habe ich geändert. Ich bin jetzt sehr zufrieden mit der Einleitung, einen herzlichen Dank @Bleckneuhaus:. @Pyrrhocorax: In Lehrbüchern der allgemeinen und physikalischen Chemie lese ich, dass es nicht möglich ist, einen absoluten Wert der inneren Energie zu bestimmen, sondern immer nur Änderungen. Warum soll diese Aussage zweifelhaft sein? Sonst noch Kritikpunkte? Du kannst dann auch gerne direkt etwas ändern ;-) Viele Grüße --Minihaa (Diskussion) 20:03, 12. Mai 2015 (CEST)

Weil die innere Energie eines idealen Gases $U={\tfrac {f}{2}}NkT$ ist. --Pyrrhocorax (Diskussion) 20:17, 12. Mai 2015 (CEST)

Noch 'ne Frage: Warum muss sich ein System im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, um seine innere Energie definieren zu können? --Pyrrhocorax (Diskussion) 20:26, 12. Mai 2015 (CEST)

Da hatte ich auch gestutzt und mich so entschieden: Was sich ohne Einschränkung feststellen lässt, ist die "Gesamtenergie" Mc^2, und eventuell ihre Komponenten. "Innere Energie" ist ein thermodynamischer Begriff (U(V,T)) und setzt damit T voraus, also Gleichgewicht. Aber sicher gibt es da eine Grauzone. Wie ist denn der Sprachgebrauch zB für Entropie und anderen additiven Zustandsgröße bei zusammengesetzten Systemen?--jbn (Diskussion) 09:22, 13. Mai 2015 (CEST)

Zur Inneren Energie soll z.B. die kinetische Energie der umherschwirrenden Teilchen zählen, also eine positive, als Arbeit/Wärme abgebbare Energie -- andererseits aber auch Bindungsenergien. Die dann aber bitte mit Minuszeichen, oder wie? Die Bindungsenergie ist doch beim Entstehen des Systems schon abgegeben worden, muss also für Änderungen wieder zugeführt werden? --UvM (Diskussion) 15:03, 25. Apr. 2017 (CEST)

Die Symbole δ , d und ∂

Unter Innere_Energie#Änderung_in_thermodynamischen_Prozessen heißt es zum Symbol δ: Auf der rechten Seite schreibt man jeweils δ statt d weil es sich nicht wie bei der Zustandsgröße U um totale Differentiale handelt, sondern um die partiellen Differentiale der Prozessgrößen Q und W. Das Symbol ∂ ist aber das Symbol für partielle Differentiale, das Symbol δ ist hingegen das Symbol für infinitesimale Differenzen, d.h. es gibt keine Funktion, die durch totale oder partielle Integration gewonnen werden kann. siehe: Inexaktes Differential oder engl. en:Inexact differential --TumtraH-PumA (Diskussion) 18:46, 17. Mär. 2019 (CET)

Gleichung für U

Laut englischem Artikel ist die Gleichung $U=TS-pV+{\sum _{i=1}^{K}}\,\mu _{i}N_{i}$ nur für konstante p und T gültig. Der Abschnitt erweckt den Eindruck, als wäre die Gleichung allgemein gültig. (nicht signierter Beitrag von Physiklehrer21 (Diskussion | Beiträge) 16:59, 13. Aug. 2019 (CEST))

Das ist m. E. Unsinn. Die innere Energie des Zustands eines bestimmten Systems wird mit der genannten Gleichung berechnet. Und p und T sind eben zwei Zustandsgrößen, von denen U abhängt. Hier wird keine Zustandsänderung betrachtet. Bei Zustandsänderungen beispielsweise gilt $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$ für konstante p und T, $\Delta F=\Delta U-T\Delta S$ für konstante V und T, aber dort werden eben zwei Zustände miteinander verglichen. --Blutgretchen (Diskussion) 21:26, 23. Jul. 2021 (CEST)

Fehlen nicht van-der-Waals-Wechselwirkungen?

In der Aufzählung der Komponenten, aus denen sich U zusammensetzt, sind chemische Bindungen und Wechselwirkungen mit externen Feldern (Magnetfeld, Schwerefeld, elektr. Feld) genannt. Was ist aber mit interatomaren und intermolekularen Kräften zwischen den Teilchen im System, wie physikalischen WW (z. B. Keesom-, Debye-, London-Kräfte oder auch Pauli-Abstoßung (s. van-der-Waals-Kräfte bzw. Lennard-Jones-Potential), die genauso Bindungsenergien - wenn auch vom Betrag her geringer als bei chemischen Bindungen - aufweisen? --Blutgretchen (Diskussion) 18:36, 23. Jul. 2021 (CEST)