Ejemplos de Energía Interna

Energía Interna

La energía interna, de acuerdo al Primer Principio de la Termodinámica, se entiende como aquella vinculada con el movimiento aleatorio de las partículas dentro de un sistema. Se distingue de la energía ordenada de los sistemas macroscópicos, asociada a los objetos en movimiento, en que refiere a la energía contenida por los objetos en una escala microscópica y molecular.

Así, un objeto puede hallarse en completo reposo y carecer de una energía aparente (ni potencial, ni cinética), y sin embargo ser un hervidero de moléculas en movimiento, desplazándose a altas velocidades por segundo. De hecho, estas moléculas estarán atrayéndose y repeliéndose entre sí dependiendo de sus condiciones químicas y de factores microscópicos, a pesar de que a simple vista no haya movimiento alguno observable.

La energía interna se considera una magnitud extensiva, es decir, relacionada con la cantidad de materia en un sistema de partículas determinado. Pues comprende la totalidad de otras formas de energía eléctrica, cinética, química y potencial contenida en los átomos de una sustancia determinada.

Este tipo de energía suele representarse mediante el signo U.

Variación de energía interna

La energía interna de los sistemas de partículas puede variar, independientemente de su posición espacial o forma adquirida (en el caso de los líquidos y gases). Por ejemplo, al introducir calor a un sistema cerrado de partículas, se añade energía térmica que incidirá en la energía interna del conjunto.

Sin embargo, la energía interna es una función de estado, es decir, no atiende a la variación que conecte dos estados de la materia, sino al estado inicial y final de la misma. Es por eso que el cálculo de la variación de la energía interna en un ciclo determinado será siempre nula, pues el estado inicial y el final son uno y el mismo.

Las formulaciones para calcular esta variación son:

ΔU = UB – UA, en donde el sistema ha pasado de un estado A a un estado B.

ΔU= -W, en los casos en que se realiza una cantidad de trabajo mecánico W, que resulta en la expansión del sistema y la disminución de su energía interna.

ΔU = Q, en los casos en que añadamos energía calórica que incremente la energía interna.

ΔU = 0, en los casos de cambios cíclicos de la energía interna.

Todos estos casos y otros más pueden resumirse en una ecuación que describe el Principio de Conservación de la Energía en el sistema:

ΔU = Q+W

Ejemplos de energía interna

pilas y baterias - energia interna

  1. Baterías. En el cuerpo de las baterías cargadas se alberga una energía interna aprovechable, gracias a las reacciones químicas entre los ácidos y los metales pesados en su interior. Dicha energía interna será mayor cuando su carga eléctrica sea completa y menor cuando se haya consumido, aunque en el caso de las pilas recargables esta energía pueda volver a incrementarse introduciendo electricidad del tomacorrientes.
  2. Gases comprimidos. Considerando que los gases tienden a ocupar el volumen total del recipiente en que se los contenga, pues su energía interna variará en la medida en que esta cantidad de espacio sea mayor y aumentará cuando sea menor. Así, un gas disperso en una habitación tiene menos energía interna que si lo comprimimos en una bombona, ya que sus partículas estarán obligadas a interactuar más estrechamente.
  3. Aumentar la temperatura de la materia. Si aumentamos la temperatura de, por ejemplo, un gramo de agua y un gramo de cobre, ambos a una temperatura base de 0 °C, notaremos que a pesar de ser la misma cantidad de materia, el hielo requerirá una mayor cantidad de energía total para alcanzar la temperatura deseada. Esto se debe a que su calor específico es mayor, es decir, sus partículas son menos receptivas con la energía introducida que las del cobre, sumando mucho más lentamente el calor a su energía interna.
  4. Agitar un líquido. Cuando disolvemos azúcar o sal en agua, o propiciamos mezclas semejantes, solemos agitar el líquido con un instrumento para propiciar una mayor disolución. Esto se debe al incremento en la energía interna del sistema que produce la introducción de esa cantidad de trabajo (W) provista por nuestra acción, que permite una mayor reactividad química entre las partículas involucradas.
  5. El vapor de agua. Puestos a hervir agua, notaremos que el vapor posee una mayor energía interna que el agua en estado líquido en el recipiente. Esto se debe a que, a pesar de tratarse de las mismas moléculas (el compuesto no ha cambiado), para inducir la transformación física hemos añadido una cantidad determinada de energía calórica (Q) al agua, induciendo a una mayor agitación de sus partículas.

vapor de agua - energia interna

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Enciclopedia de Ejemplos. (2016). Ejemplos de Energía Interna. Recuperado de: http://www.ejemplos.co/ejemplos-de-energia-interna/
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