Внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) – полная энергия термодинамической системы за исключением ее кинетической энергии как целого и потенциальной энергии тела в поле внешних сил. Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.
Внутренняя энергия является однозначной функцией равновесного состояния системы. Это означает, что каждый раз, когда система оказывается в данном равновесном состоянии, ее внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равняться разности значений в этих состояниях, независимо от пути, по которому осуществлялся переход. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

,

где – Количество теплоты, переданное термодиничний системе, – Работа, выполненная над термодинамической системой или:

,

где , Работа выполнена термодинамической системой.
Поскольку внутренняя энергия является функцией состояния, то ее можно определить как термодинамический потенциал, зависящий от объема, числа частиц в системе, и энтропии: U (V, S, N).
Для квазистатических процессов выполняется соотношение:



где T – температура, S – энтропия, P – давление, ? – химический потенциал, N – количество частиц в системе.
Классический идеальный газ
В рамках молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется формулой

,

где k B – постоянная Больцмана. Она является средней кинетической энергией атома, умноженной на количеcтво атомов.
Для одного моля газа

,

где R – газовая постоянная.