Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Поскольку молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, их потенциальная энергия считается равной нулю. Внутренняя энергия идеального газа определяется только кинетической энергией беспорядочного поступательного движения его молекул.
Для её вычисления нужно умножить среднюю кинетическую энергию одного атома 
на число атомов 
Учитывая что 
получим значение внутренней энергии идеального газа:
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его температуре.
Если воспользоваться уравнением Клапейрона — Менделеева, то выражение для внутренней энергии идеального газа можно представить в виде:
Следует отметить, что, согласно выражению для средней кинетической энергии одного атома 
и в силу хаотичности движения, на каждое из трёх возможных направлений движения, или каждую степень свободы, по оси 
приходится одинаковая энергия 
Число степеней свободы — это число возможных независимых направлений движения молекулы.
Газ, каждая молекула которого состоит из двух атомов, называется двухатомным. Каждый атом может двигаться по трём направлениям, поэтому общее число возможных направлений движения — 6. За счёт связи между молекулами число степеней свободы уменьшается на одну, поэтому число степеней свободы для двухатомной молекулы равно пяти.
Средняя кинетическая энергия двухатомной молекулы равна 
. Соответственно, внутренняя энергия идеального двухатомного газа равна:
Формулы для внутренней энергии идеального газа можно обобщить:
где 
— число степеней свободы молекул газа (
для одноатомного и 
для двухатомного газа).
Для идеальных газов внутренняя энергия зависит только от одного макроскопического параметра — температуры и не зависит от объёма, т. к. потенциальная энергия равна нулю (объём определяет среднее расстояние между молекулами).
Для реальных газов потенциальная энергия не равна нулю. Поэтому внутренняя энергия в термодинамике в общем случае однозначно определяется параметрами, характеризующими состояние этих тел: объёмом 
и температурой 
.
Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Плавление и кристаллизация в физике |
| Внутренняя энергия в физике |
| Теплообмен в физике |
| Количество теплоты в физике |
