Innere Energie

Die innere Energie eines Systems kann als die Summe der kinetischen und potentiellen Energien aller einzelnen Atome im System definiert werden.

Betrachten wir ein System aus einem monoatomaren idealen Gas. Wenn das Gas bei konstantem Volumen erhitzt wird, steigt die kinetische Energie der Atome, aber da es keine Wechselwirkung zwischen den Atomen gibt, bleibt ihre potentielle Energie Null.

Daher hängt die innere Energie von der durchschnittlichen kinetischen Energie der monoatomaren Atome ab. Sie wird ausgedrückt als drei über zwei Nk_BT, wobei N die Anzahl der Gasatome, k_B die Boltzmann-Konstante und T ihre Temperatur ist. Die innere Energie eines idealen Gases bei konstantem Volumen hängt also nur von der Temperatur ab.

Die innere Energie eines Systems ist eine Zustandsfunktion. Siedendes Wasser, das auf Raumtemperatur abgekühlt wurde, hat die gleiche innere Energie wie Wasser, das durch Schmelzen von Eis auf Raumtemperatur gewonnen wird.

Die innere Energie hängt also nur vom Zustand des Systems ab, nicht aber vom Weg, um sie zu erhalten. Daher ist es pfadunabhängig.