Energia wewnętrzna

Energię wewnętrzną układu można zdefiniować jako sumę energii kinetycznej i potencjalnej wszystkich pojedynczych atomów w układzie.

Rozważmy układ monoatomowego gazu doskonałego. Gdy gaz jest podgrzewany przy stałej objętości, energia kinetyczna atomów wzrasta, ale ponieważ nie ma interakcji między atomami, ich energia potencjalna pozostaje zerowa.

Dlatego energia wewnętrzna zależy od średniej energii kinetycznej atomów monoatomowych. Wyraża się ją jako trzy na dwa Nk_BT, gdzie N to liczba atomów gazu, k_B to stała Boltzmanna, a T to jego temperatura. Zatem energia wewnętrzna gazu doskonałego o stałej objętości zależy tylko od temperatury.

Energia wewnętrzna układu jest funkcją stanu. Wrząca woda, która została schłodzona do temperatury pokojowej, ma taką samą energię wewnętrzną jak woda uzyskana przez stopienie lodu do temperatury pokojowej.

Tak więc energia wewnętrzna zależy tylko od stanu systemu, a nie od drogi użytej do jej uzyskania. W związku z tym jest niezależny od ścieżki.