الطاقة الداخلية (Internal Energy) هي مجموع كل أشكال الطاقة الموجودة داخل نظام ما. وهذا يشمل الطاقة الحركية للجزيئات (الاهتزاز، الدوران، والانتقال) والطاقة الكامنة المرتبطة بالتفاعلات بين الجزيئات (روابط كيميائية، قوى فان دير فال). لا يمكن قياس الطاقة الداخلية مباشرةً، بل يتم قياس التغيرات في الطاقة الداخلية (ΔU).

كيفية استخراج الطاقة الداخلية (أو بالأحرى، كيفية استخراج *الطاقة* من نظام ذي طاقة داخلية) :

لا يُستخرج "الطاقة الداخلية" ككمية مباشرة، بل يتم تحويلها إلى أشكال طاقة أخرى قابلة للاستخدام. يتم ذلك عبر عدة طرق، تبعاً لنوع النظام وطبيعة الطاقة الداخلية:

*

الاحتراق:

في هذا الأسلوب، يتم تفاعل مادة قابلة للاحتراق (مثل الوقود) مع أكسجين، ينتج عن ذلك تحرير طاقة حرارية (حرارة). هذه الحرارة يمكن استخدامها لتوليد كهرباء (مثل محطات توليد الكهرباء بالفحم أو الغاز)، أو لتحريك آلات (مثل محركات الاحتراق الداخلي). هنا، يتم تحويل جزء من الطاقة الكيميائية (الداخلية) في الوقود إلى طاقة حرارية، ثم إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية.

*

التفاعلات الكيميائية:

العديد من التفاعلات الكيميائية تطلق أو تمتص طاقة. التفاعلات الطاردة للحرارة (Exothermic) تطلق طاقة حرارية، بينما التفاعلات الماصة للحرارة (Endothermic) تمتصها. يمكن استخدام التفاعلات الطاردة للحرارة لتوليد الحرارة أو الكهرباء (مثل خلايا الوقود).

*

النظائر المشعة:

بعض النظائر غير مستقرة وتتحلل عبر إطلاق إشعاع، محولة بذلك جزء من طاقتها الداخلية إلى طاقة إشعاعية. هذه الطاقة يمكن استخدامها في توليد الكهرباء (مثل المفاعلات النووية).

*

العمليات الحرارية:

تغيرات في درجة الحرارة أو الضغط لنظام معين يمكن أن تؤدي إلى توليد طاقة. مثل استخدام البخار الساخن لتدوير التوربينات في محطات الطاقة الحرارية. هنا، الطاقة الداخلية مرتبطة بدرجة حرارة النظام.

*

الطاقة الشمسية:

الشمس مصدر هائل للطاقة. تنتج هذه الطاقة من التفاعلات النووية الاندماجية في الشمس. يمكن حصاد هذه الطاقة باستخدام الخلايا الشمسية لتحويلها إلى كهرباء.

ملاحظة مهمة:

لا يمكن تحويل كل الطاقة الداخلية إلى طاقة مفيدة. دائماً ما يوجد فقد في الطاقة على شكل حرارة أو أشكال أخرى غير مرغوبة. هذا يحدده القانون الثاني للديناميكا الحرارية.


باختصار، لا يتم "استخراج" الطاقة الداخلية بشكل مباشر، بل يتم تحويلها إلى أشكال طاقة أخرى قابلة للاستخدام عبر عمليات فيزيائية أو كيميائية مختلفة. ويتحدد مقدار الطاقة القابلة للتحويل بواسطة قوانين الديناميكا الحرارية.