Внутрішня енергія тіла
Внутрішня енергія будь-якого тіла пов`язана з рухом і станом частинок (молекул, атомів) речовини. Якщо відома повна енергія тіла, то внутрішню можна знайти, виключивши з повної рух всього тіла як макроскопічного об`єкта, а також енергію взаємодії даного тіла з потенційними полями.
Також внутрішня енергія містить в собі енергію коливань молекул і потенційну енергію міжмолекулярної взаємодії. Якщо мова йде про ідеальному газі, то основний внесок у внутрішню енергію дає кінетична складова. Повна внутрішня енергія дорівнює сумі енергій окремих частинок.
Як відомо, кінетична енергія поступального руху матеріальної точки, яка моделює частку речовини, сильно залежить від швидкості її руху. Також варто зауважити, що і енергія коливальних і обертальних рухів залежить від їх інтенсивності.
Згадайте з курсу молекулярної фізики формулу для внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу. Вона виражається через суму кінетичних складових всіх частинок газу, яку можна усереднити. Усереднення по всіх частинкам призводить до явної залежності внутрішньої енергії від температури тіла, а також від кількості ступенів свободи частинок.
Зокрема, для одноатомного ідеального газу, частинки якого мають лише три ступені свободи поступального руху, внутрішня енергія виявляється прямо пропорційною трьом другим твори постійної Больцмана і температури.
Залежність від температури
Отже, внутрішня енергія тіла фактично відображає кінетичну енергію руху частинок. Для того щоб зрозуміти, який зв`язок цієї енергії з температурою, необхідно визначити фізичний зміст величини температури. Якщо нагріти посудину, заповнений газом і має пересувні стінки, то його обсяг збільшиться. Це говорить про те, що тиск усередині збільшилася. Тиск газу створюється за рахунок ударів частинок об стінки судини.
Раз тиск збільшився, значить, збільшилася і сила удару, що говорить про зростання швидкості руху молекул. Таким чином, збільшення температури газу призвело до збільшення швидкості руху молекул. В цьому і полягає суть величини температури. Тепер стає ясно, що збільшення температури, що приводить до зростання швидкості руху частинок, тягне за собою збільшення кінетичної енергії внутримолекулярного руху, а значить, і збільшення внутрішньої енергії.
