Внатрешна енергија

Внатрешната енергија на еден систем е поврзана со неговите атоми и молекули. Внатрешната енергија на системот е оној дел од неговата вкупна енергија што не е кинетичка енергија заради евентуалното движење на системот во целост и не е потенцијална енергија којашто е во врска со положбата на системот како целина.

Внатрешната енергија ги вклучува: кинетичката енергија на вртежното, транслаторното и вибрационото движење на атомите и молекулите, потенцијалната енергија во молекулите и потенцијалната енергија на дејство меѓу молекулите. Важна големина за секој термодинамички систем е неговата вкупна енергија, која се определува како збир од кинетичката енергија Ek, од потенцијалната енергија Ep и од внатрешната енергија U на системот: E = Ek + Ep + U.

Многу често во реалните физички проблеми се разгледуваат макроскопски системи кои не се движат и чија потенцијална енергија во надворешното поле на некоја сила е занемарливо мала. За такви случаи ќе важи: Ek = Ep = 0, што значи дека вкупната енергија на системот ќе биде еднаква само на неговата внатрешна енергија. Во тој случај од равенката следува: E = U. Промената на внатрешната енергија на системот е директно врзана за промената на неговата температура: ∆U = n*j/2*k∆T , каде што n е количество на супстанција, j е број на степени на слобода, k е Болцманова константа, T е термодинамичка температура.

Промената на внатрешната енергија може да се изрази и преку специфичниот топлински капацитет: ∆U = mcv T. Од друга страна температурата на гасот е поврзана со волуменот и притисокот, што значи дека внатрешната енергија зависи од параметрите на состојбата на системот U = ƒ (p,V,T).

Состојбата на системот може да се промени само со трошење на енергијата од страната на системот или со внесување на енергијата во системот. Во термодинамиката тоа се постигнува или со вршење работа или со одземање количество топлина од системот.

Во термодинамиката, вкупната енергија на системот се вика внатрешна енергија. Внатрешната енергија е вкупната кинетичка и потенцијална енергија на молекулите на системот. Со ΔU се означува промената на внатрешната енергија кога системот трпи промена во однос на почетната состојба i (англиски, initial) со внатрешна енергија U_i до крајна состојба f (англиски, final), со внатрешна енергија U_f:

ΔU = U_f – U_i

Внатрешната енергија е функција на состојбата, во смисла на тоа дека нејзината вредност зависи само од моментната состојба на системот и е независна од тоа како системот дошол во таа состојба. Со други зборови, таа е функција од својствата што ја определуваат таа состојба на системот. Промената на било која од променливите на состојбата (на пример, притисокот) доведува до промена на внатрешната енергија. Внатрешната енергија е екстензивна величина. Фактот дека внатрешната енергија е функција на состојбата има далекусежни последици од клучно значење.