Ներքին էներգիա

Ներքին էներգիա, մարմնի մասնիկների՝ մարմնի զանգվածների կենտրոնի նկատմամբ քաոսային շարժման կինետիկ էներգիաների և փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիաների գումարն է։ Ջերմադինամիկան ուսումնասիրում է մակրոսկոպական մարմիններում տեղի ունեցող ջերմային երևույթները։ Իսկ մակրոսկոպական մարմինները բացի մեխանիկական էներգիայից օժտված են նաև ներքին էներգիայով։ Ծանոթ լինելով մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնադրույթներին՝ դժվար չէ հասկանալ, թե ինչ ծագում ունի մարմնի ներքին էներգիան։ Քանի որ մարմնի մասնիկները անընդհատ շարժման մեջ են և փոխազդում են միմյանց հետ ապա մարմինը օժտված կլինի էներգիայով, որն անվանում են ներքին էներգիա։ Մարմնի ներքին էներգիայի մեջ ներդրում չի տալիս մարմնի՝ որպես ամբողջություն. շարժման կինետիկ էներգիան և այլ մարմինների հետ փոծազդեցության պոտենցիալ էներգիան։ Ներքին էներգիայի մեջ հաշվառվում են նաև ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնների և միջուկների շարժման և փոխազդեցությ��ն էներգիան, սակայն ջերմադինամիկայում դիտարկվող ջերմաստիճանների փոփոխությունների համար այդ ներմասնիկային էներգիան մնում է հաստատուն, ուստի՝ այն ջերմային պրոցեսներն ուսունասիրոլիս կարելի է հաշվի չառնել։

Սահմանենք լրիվ մեխանիկական էներգիան.

${\displaystyle {\mbox{E}}_{\mathrm {full} }=U+{\mbox{E}}_{\mathrm {k} }+{\mbox{E}}_{\mathrm {p} }=U+E}$։

Եթե մարմինը դադարի վիճակում է ${\displaystyle {\mbox{E}}_{\mathrm {k} }}$=0 և չի փոխազդում այլ մարմինների հետ՝ ${\displaystyle {\mbox{E}}_{\mathrm {p} }=0}$, ապա լրիվ էներգիան համընկնում է ներքին էներգիայի հետ։ Քանի որ ջերմադինամիկական համակարգի վիճակը միարժեքորեն որոշվում է մակրոսկոպական պարամետրով, ապա ներքին էներգիան ևս միարժեքորեն կախված է այդ պարամետրից։ Իրոք, մասնիկների շարժման միջին կինետիկ էներգիան կախված է մարմնի ${\displaystyle T}$ ջերմաստիճանից, իսկ նրանց փոխազդեցության էներգիան միջմասնիկային միջին հեռավորությունից, ուստի՝ և մարմնի ${\displaystyle V}$ ծավալից։ Այսպիսով մարմնի ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից և ծավալից։

Ստանանք ներքին էներգիայի արտահայտությունը միատոմ իդեալական գազի համար։ Իդեալական գազի մասնիկները միմյանց հետ չեն փոխազդում, ուստի՝ գազի ներքին էներգիան միայն մասնիկների շարժման կինետիկ էներգիաների գումարն է։ Մեկ մասնիկին բաժին ընկնող ${\displaystyle {\bar {e}}=3{\mbox{k}}_{\mathrm {B} }{\frac {T}{2}}}$ միջին էներգիան բազմապատկելով գազի մասնիկների ${\displaystyle N}$ թվով՝ ներքին էներգիայի համար կստանանք.

${\displaystyle U=N{\bar {e}}=3N{\mbox{k}}_{\mathrm {B} }{\frac {T}{2}}}$։

Այսպիսով՝ միատոմ իդեալական գազի ներքին էներգիան ուղիղ համեմատական է բացարձակ ջերմաստիճանին, մասնիկների թվին և կախված չէ գազի ծավալից։ Եթե բանաձևում մասնիկների թիվն արտահայտենք գազի ${\displaystyle m}$ զանգվածի և ${\displaystyle M}$ մոլային զանգվածի միջոցով, ապա կստանանք

${\displaystyle U=3m{\mbox{N}}_{\mathrm {A} }{\mbox{k}}_{\mathrm {B} }{\frac {T}{2M}}}$=${\displaystyle 3mR{\frac {T}{2M}}=3{\nu }R{\frac {T}{2}}}$։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 8, էջ 264)։