Es esencial darse cuenta de que las leyes de la termodinámica se desarrollaron antes de que se aceptara la teoría cinético-molecular. Las leyes se basan en fenómenos que se pueden observar y medir con manómetros, termómetros y reglas. Imagine un ladrillo caliente, digamos a 500 grados C, sentado en el piso. Está en reposo, por lo que no tiene energía cinética, y dado que está en el suelo tampoco tiene energía potencial gravitacional. Pero ciertamente tiene energía de algún tipo, aunque nosotros, como científicos del siglo XIX, no sabemos dónde está o qué es. Lo llamaremos energía interna y definiremos la energía interna como una propiedad de un sistema que se puede utilizar para realizar el trabajo. El trabajo es una forma de energía que entendemos. En su manifestación más simple, es levantar un peso.
Para demostrar que la energía interna del ladrillo puede realizar el trabajo, colocamos un cilindro de gas equipado con un pistón en la parte superior del ladrillo. El gas se expande. Podemos conectar esto a una polea y sistema de pesas y levantar el peso. La medición cuidadosa de la temperatura del ladrillo mostrará que se ha enfriado un poco. Entonces el ladrillo ha perdido algo de esta misteriosa energía interna y la transfirió al gas en el cilindro.
Un cilindro de gas a presión a temperatura ambiente tiene energía interna, incluso si no creemos en las moléculas y no tenemos idea de qué causa la presión. Podemos demostrar la energía interna utilizando la presión para operar una máquina.
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Un cilindro que contiene una mezcla de hidrógeno y oxígeno a una atmósfera de presión y temperatura ambiente tiene energía interna, a pesar de que está en equilibrio con el entorno y no puede realizar el trabajo como está. Demostramos la existencia de energía interna al agregar un catalizador, causando una reacción de combustión, que aumenta la temperatura y la presión. Ahora el sistema puede realizar trabajo al acoplarlo a una máquina.
Entonces, desde una perspectiva termodinámica clásica, la energía interna es simplemente lo que se puede aprovechar para realizar el trabajo. La teoría cinético-molecular y la química moderna nos han permitido comprender dónde se almacena la energía y cómo se libera.
