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内能
20.5
系统的内能可以定义为系统中所有单个原子的动能和势能的总和。
考虑一个单原子理想气体系统。当气体在恒定体积下被加热时,原子的动能增加,但由于原子之间没有相互作用,其势能保持为零。
因此,内能取决于单原子分子的平均动能,其表达式为二分之三 NkBT,其中 N 为气体原子数目,kB 为玻尔兹曼常数,T 为其温度。因此,在体积恒定时,理想气体的内能仅取决于温度。
系统的内能是一个状态函数。将沸水冷却至室温后,其内能与将冰融化至室温所得的水的内能相同。
因此,内能仅取决于系统的状态,而与获得该状态所采用的路径无关。因此,内能是路径无关的。
热力学系统的内能是系统中所有分子或实体的动能和势能的总和。 单个分子的动能包括由于其旋转和振动而贡献的能量,以及其平移能量。 势能仅与系统中一个分子和其他分子之间的相互作用有关。 就内能而言,系统的位置及其运动都没有任何影响。
例如理想的单原子气体。 在这里,每个分子都是一个原子。 因此,不存在旋转…