Внутренняя энергия идеального газа — это сумма кинетических энергий всех молекул газа, которая зависит только от температуры и массы газа, но не зависит от его объема или давления. В идеальном газе отсутствуют силы притяжения между молекулами, что делает потенциальную энергию взаимодействия равной нулю
Основные характеристики внутренней энергии идеального газа:
- Формула : Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия UUU может быть выражена как:
U=32nRTU=\frac{3}{2}nRTU=23nRT
где nnn — количество вещества в молях, RRR — универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)), а TTT — абсолютная температура в Кельвинах
- Кинетическая энергия : Внутренняя энергия представляет собой среднюю кинетическую энергию молекул, которая для одноатомного газа равна:
Ek=32kTE_k=\frac{3}{2}kTEk=23kT
где kkk — постоянная Больцмана
- Зависимость от температуры : Внутренняя энергия прямо пропорциональна температуре; изменение температуры приводит к изменению внутренней энергии
- Степени свободы : Для многоатомных газов внутренняя энергия также учитывает вращательные и колебательные движения молекул. Число степеней свободы влияет на общую кинетическую энергию:
- Одноатомный газ: 3 степени свободы (все поступательные)
- Двухатомный газ: 5 степеней свободы (3 поступательные и 2 вращательные)
- Многоатомный газ: 6 степеней свободы (3 поступательные и 3 вращательные) и возможно колебательные
Таким образом, внутренняя энергия идеального газа является ключевым понятием в термодинамике, отражающим состояние газа и его поведение при изменении температуры.
English (US)