Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа

Энергию движения и взаимодействия между собой всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией. К внутренней энергии, в частности, относится кинетическая энергия теплового движения молекул и атомов, входящих в состав данного тела, кинетическая энергия электронов, движущихся в атомах вокруг ядер, потенциальная энергия взаимодействий между собой молекул, атомов, электронов и ядер, нуклонов в ядре и т. д. В понятие внутренней энергии не входит кинетическая и потенциальная энергия данного тела как единого целого. Внутренняя энергия однозначно определяется совокупностью параметров, характеризующих состояние данной системы, т. е. является однозначной функцией состояния этой системы. Внутреннюю энергию принято обозначать буквой U.

В тепловых явлениях, протекающих при средних температурах, изменение внутренней энергии U связано с изменением кинетической и потенциальной энергии молекул, а остальные компоненты внутренней энергии при этом не изменяются. Поэтому в подобных процессах можно считать, что внутренняя энергия тела равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения всех молекул относительно центра масс этого тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул между собой. Внутренняя энергия идеального газа представляет собой кинетическую энергию молекул этого газа. . Здесь i – число степеней свободы молекулы. Последнее равенство получено на основании уравнения состояния идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа изменяется только при изменении температуры. Например, при изотермическом изменении его объема не изменяется.

При изменении состояния тела его внутренняя энергия изменяется. Например, при повышении температуры тела его внутренняя энергия увеличивается, так как увеличивается средняя кинетическая энергия движения молекул этого тела. С понижением температуры внутренняя энергия тела уменьшается. Внутренняя энергия изменяется при деформации тела и при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое, так как при этом меняется взаимное расположение взаимодействующих между собой молекул и, следовательно, изменяется их потенциальная энергия.