Ένα αέριο σε υψηλή πίεση έχει τη δυνατότητα να παράγει έργο, επομένως το αέριο εμπεριέχει ενέργεια. Την ενέργεια αυτή θα την ονομάσουμε εσωτερική ενέργεια (συμβολίζεται με U), για να τη διακρίνουμε από οποιαδήποτε εξωτερική ενέργεια μπορεί να έχει το αέριο (π.χ. το αέριο μπορεί να έχει και κινητική ενέργεια λόγω μεταφορικής κίνησης που εκτελεί το δοχείο μέσα στο οποίο βρίσκεται).

 

Από μικροσκοπική άποψη, η ενέργεια που εμπεριέχει ένα σύστημα οφείλεται στην ενέργεια που έχουν τα σωματίδια που το απαρτίζουν. Τα μόρια, τα άτομα ή τα ιόντα οποιουδήποτε σώματος, σε όποια φάση και αν βρίσκεται (στερεή, υγρή ή αέρια) διαρκώς κινούνται. Έχουν επομένως κινητική ενέργεια. Επιπλέον, στα στερεά και στα υγρά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, επομένως έχουν και δυναμική ενέργεια.

 

Κάθε σώμα εμπεριέχει ενέργεια, που είναι το άθροισμα των ενεργειών

των σωματιδίων που το απαρτίζουν, ως αποτέλεσμα της σχετικής τους

κίνησης ως προς το κέντρο μάζας του σώματος και των αλληλεπιδράσεων

μεταξύ τους. Αυτή την ενέργεια  την ονομάζουμε εσωτερική ενέργεια.

 

Η εσωτερική ενέργεια ιδανικού αερίου

 

Τα μόρια του ιδανικού αερίου δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, επομένως δεν έχουν δυναμική ενέργεια. Η εσωτερική ενέργεια ενός ιδανικού αερίου οφείλεται στις κινητικές ενέργειες που έχουν τα μόριά του και είναι ίση με το άθροισμα αυτών των ενεργειών.

Η εσωτερική ενέργεια ενός ιδανικού αερίου είναι δυνατό  να υπολογιστεί.

Η μέση κινητική ενέργεια ενός μορίου ιδανικού αερίου υπολογίστηκε στην παράγραφο 1-5 και βρέθηκε

Αν το αέριο περιέχει Ν μόρια, η εσωτερική του ενέργεια θα είναι

(4.4)

 

Αλλά Ν = n Ν_Α όπου n ο αριθμός των mol του αερίου. Επομένως

και, αν λάβουμε υπόψη ότι Ν_ΑΚ = R, τελικά

 

	U	=	3	nRT	(4.5)
			2

 

Η  (4.5) δείχνει ότι η εσωτερική ενέργεια ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του.

 

Έστω ένα ιδανικό αέριο που βρίσκεται αρχικά σε ισορροπία στην κατάσταση Α. Αν το αέριο μεταβεί σε μια άλλη κατάσταση ισορροπίας Β, η εσωτερική του ενέργεια θα μεταβληθεί. Σύμφωνα με τη σχέση (4.5) η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική θερμοκρασία και όχι από τον τρόπο που πραγματοποιήθηκε η μεταβολή. Γενικότερα η μεταβολή στην εσωτερική ενέργεια ενός θερμοδυναμικού συστήματος εξαρτάται μόνο από την αρχική και την τελική κατάσταση του συστήματος.

 

 

Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός θερμοδυναμικού συστήματος

εξαρτάται μόνο από την αρχική και την τελική κατάσταση του συστήματος

και όχι από τον τρόπο που πραγματοποιήθηκε η μεταβολή.