Otras carreras Energía potencial interna

[FeynmanDLuis]

Hola,

como dice el titulo me ha surgido una duda a cerca de este forma de energía, y lo que no sé es de que depende la energía potencial interna. Si alguien lo sabe le estaría muy agradecido de su ayuda.

Un abrazo y muchas gracias por leerme

[Samir M.]

Re: Energía potencial interna

La energía potencial interna es debida a las interacciones entre las partículas del sistema y, así, la energía potencial interna es la suma de las energías potenciales de cada partícula.

[FeynmanDLuis]

Re: Energía potencial interna

Oye, samir. ¿Porqué en la energía térmica no se tienen en cuenta esas interacciones, es decir, esas interacciones no afectan a la temperatura?

[Umbopa]

Re: Energía potencial interna

Sí se tienen en cuenta, todo depende de lo importante que sea la interacción. Y claro que tiene importancia, tanto en la ecuación de estado $P(V,T)$ como en los potencial termodinámicos.

Normalmente se resuelve como si las partículas fueran independientes porque es mucho más sencillo, pero también hay técnicas para estudiar las interacciones tales como el desarrollo en clusters. Por ejemplo en el estudio de los cambios de fase, la interacción es de fundamental importancia y no se puede despreciar.

En estado sólido, por ejemplo un cristal iónico la energía del cristal es casi toda ella energía potencial electrostática.

[FeynmanDLuis]

Re: Energía potencial interna

En estado sólido, por ejemplo un cristal iónico la energía del cristal es casi toda ella energía potencial electrostática.

Umbopa, he estado pensando en esto, y no entiendo porque se tiene en cuenta la energía potencial interna en la energía térmica. Cuando dos objetos están en contacto se trasmiten calor por que se transmite la energía cinética interna(si no me equivoco), ¿cómo puede afectar la energía potencial electrostática en ese caso? ¿o cómo puede aumentar esta energía la temperatura de un material?

[Umbopa]

Re: Energía potencial interna

La temperatura por definición es

$\frac{1}{T} = \left( \frac{\partial S}{\partial E} \right)_{N,V}$

y la entropía

$S = k \ln \Omega(E,N)$.

$\Omega(E,N)$ es el numero de microestados del cristal iónico que tiene como energía $E$.

Es decir, la temperatura de un sistema tiene que ver con la energía del sistema y en como se distribuye. La temperatura no tiene porque estar solo asociada a la energía cinética de los iones, sino a toda forma de energía.

Por ejemplo, en la radiación del cuerpo negro la temperatura esta asociada a la energía de radiación de las ondas electromagnéticas (nada que ver con la energía cinética)
En un material ferromagnético tiene que ver con las distribución de los espines (tampoco nada que ver con la energía cinética)


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Por poner un ejemplo simple.

Cogemos un solido con N átomos, lo cuales interactuan con sus vecinos, para hacerlo sencillo imaginemos que podemos modelar la interacción como si estuvieran conectados con muelles de constate elástica k. La energía sería cinética+potencial

$H = \frac{p_1^2}{2 m}+ \frac{p_2^2}{2 m}+...+\frac{p_N^2}{2 m} + \frac{1}{2} k (x_1-x_2)^2$$+ \frac{1}{2} k (x_2-x_3)^2 + ... + \frac{1}{2} k (x_N-x_N-1)^2 = E_{cinetica total} + E_{potencial total}$

Según el teorema de equipartición de la energía, la energia interna del solido es

$U = \frac{6}{2}N k T$ porque hay 6*N términos cuadráticos en el potencial

Si quitáramos la energía potencial del sistema

$U = \frac{3}{2}N k T$ porque hay 3*N términos cuadráticos en el potencial

Lo cual significa que la energía potencial influye en la termodinámica del sólido, por ejemplo afecta a la relación entre la energía interna de solido y la temperatura