Energía Interna

La Energía que posee un sistema puede presentarse de diferentes formas, entre ellas tenemos: térmica, mecánica, cinética, potencial, etc., y la suma de todas ellas constituyen la energía total del sistema. Una de las energías mas importantes que poseen los cuerpos es la energía interna, que se la relaciona directamente con la estructura molecular de sistema y con la suma de todas las energías microscópicas que la constituyen y se la denota con el símbolo (U), viene dado en unidades de energía (J, BTU, calorías).

La Energía Interna se la relaciona con la suma de las energías cinéticas y potencial de las moléculas. Independientemente la energía interna está relacionada con la energía cinética. a esta se la denomina energía sensible o calor sensible, que se define como la energía producida por la velocidad promedio y el grado de actividad de las moléculas, que son proporcionales a la temperatura. Por lo tanto a mayor temperatura, mayor es la energía cinética y por ende mayor es la energía interna. La energía interna también se ve relacionada con las fuerzas que se ejercen entre las moléculas de un sistema, este tipo de energía determina el estado de agregación de un sistema, y cuando esta energía se ve alterada se produce un cambio de fase, a la misma que se le denomina energía latente o calor latente. Aquella energía interna que tiene que ver con los enlaces atómicos de una molécula se la denomina energía química, y la que tiene que ver con los enlaces en el interior del núcleo del átomo se llama energía nuclear. Estas energía se ven afectadas cuando se dan a cabo reacciones químicas o nucleares respectivamente.

Nota: En casos reales los sistemas se ven comprendidos por flujos de fluidos en donde se ve una combinación de propiedades, de donde da origen a una nueva teoría como es la entalpía.

Ecuaciones para el cálculo de la Energía Interna

La Energía Interna puede ser calculada como una variación, entre la energía interna final y la energía interna inicial. Para facilitar el entendimiento, se hace las siguientes consideraciones físicas:

1. En un sistema cerrado, donde la energía interna es la suma de las cantidades de energía comunicadas como calor y trabajo
   
   
   
2. Si se considera que el fluido se encuentra en movimiento, se llega a la siguiente expresión
   

Dónde:
                             

Como se había mencionado anteriormente la energía interna es calculada como la variación de energía, que tiene lugar en el fluido, por lo tanto, se la expresa como una integral:

Dónde: El primer término representa a los efectos caloríficos, el segundo por compresión, el tercero por efectos superficiales, el cuarto por efectos químicos sobre el componente A, el quinto por efecto superficiales del componente B, etc.

Nota: Cuando se trate de gases ideales, se toma en cuenta que la energía interna ya no dependerá de las energías comunicadas del sistema, sino que será exclusiva de la temperatura, ya que se desprecia toda interacción de las moléculas o átomos, a la misma que se la conoce como Ley de Joule, donde el volumen permanece constante y se calcula por la siguiente fórmula: