Внутренняя энергия

 

Внутренняя энергия (твердого тела, газа и др.) U, Дж включает кинетическую энергию молекул, энергию межмолекулярного взаимодействия, энергию внутриатомных и внутриядерных процессов, энергию излучения

U = Е_{к мол+} Е_{п мол+} Е_ат+ Е_яд+ Е_изл. (1)

Последние три компоненты вносят незначительный вклад, поэтому ими можно пренебречь.

Для идеального газа Е_{п мол} = 0 и U = Е_{к мол}.

Внутренняя энергия газа, масса которого m, равна

. (2)

Или, используя закон Клапейрона-Менделеева , внутреннюю энергию можно записать в виде

Из уравнения (2) видно, что внутренняя энергия зависит от сорта газа, то есть числа степеней свободы i, числа молей и температуры. Для данного газа внутренняя энергия зависит лишь от температуры Т.

Изменение внутренней энергии зависит лишь от начального и конечного значений температуры, поэтому DU_A= DU_B= DU_C (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 Рисунок 2

В пределе DU переходит в полный дифференциал dU, тогда

.

Таким образом, внутренняя энергия однозначно определяет состояние системы, не зависит от пути перехода, от вида процесса, то есть является функцией состояния системы

Внутренняя энергия может изменяться в основном за счет двух различных процессов: совершения работы и теплообмена с другими телами.