Из чего складывается внутренняя энергия вещества

Внутренняя энергия вещества — это совокупная энергия микрочастиц, из которых оно состоит (атомов, молекул, ионов). В термодинамике под внутренней энергией (обозначается буквой $U$) понимают сумму кинетической энергии теплового движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Ниже приведен подробный разбор составляющих этой энергии. 1. Кинетическая энергия частиц Эта составляющая напрямую зависит от температуры вещества. Она включает в себя несколько видов движения:

• Поступательное движение: Характерно для молекул газов и жидкостей, которые перемещаются в пространстве.
• Вращательное движение: Энергия вращения молекул вокруг своих осей (актуально для многоатомных газов).
• Колебательное движение: Энергия колебаний атомов внутри молекулы или атомов в узлах кристаллической решетки твердого тела.

Средняя кинетическая энергия теплового движения для идеального газа определяется формулой: ${\bar{E}}_k=\frac{i}{2}kT$ где $i$ — число степеней свободы, $k$ — постоянная Больцмана, $T$ — абсолютная температура. 2. Потенциальная энергия взаимодействия Эта энергия обусловлена силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами.

• Межмолекулярное взаимодействие: Зависит от расстояния между частицами и агрегатного состояния вещества. В газах она минимальна, в твердых телах — максимальна.
• Фазовое состояние: При изменении агрегатного состояния (плавление, кипение) внутренняя энергия меняется именно за счет потенциальной составляющей, даже если температура остается неизменной.

3. Внутримолекулярная и внутриатомная энергия В широком смысле внутренняя энергия также включает в себя микроскопические запасы энергии на более глубоких уровнях:

• Энергия химических связей: Энергия, удерживающая атомы в молекулах. Она высвобождается или поглощается при химических реакциях.
• Энергия электронных оболочек: Энергия взаимодействия электронов с ядром и друг с другом.
• Внутриядерная энергия: Энергия связи нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре, определяемая сильными взаимодействиями.

Итоговая структура В классической термодинамике при рассмотрении тепловых процессов обычно учитывают только первые два пункта:

Таким образом, внутренняя энергия является функцией состояния системы: она однозначно определяется текущими параметрами (давлением, объемом и температурой) и не зависит от того, каким путем система пришла в это состояние. Я могу рассчитать изменение внутренней энергии для конкретного термодинамического процесса или составить таблицу сравнения внутренней энергии для разных агрегатных состояний вещества. Выберите удобный вариант.