Закон термодинамики. Теплоёмкость вещества

16. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике. Первый закон термодинамики. Теплоёмкость вещества.
Внутренняя энергия– энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц.
Внутренняя энергия – однозначная функция термодинамического состояния системы, т.е. в каждом состоянии система обладает вполне определенной внутренней энергией (она не зависит от того как энергия пришла в данное состояние). Это означает, что при переходе системы из одного состояния в другое измерение внутренней энергии определяется только разностью значений внутренней энергии этих состояний и не зависит от пути перехода.
Число степеней свободы – число независимых переменных (координат), полностью определяющих положение системы в пространстве. Двухатомный газ обладает 5 степенями свободы. Трехатомный газ имеет 6 степеней свободы (3 поступательных и 3 вращательных). Независимо от общего числа степеней свободы молекул три степени свободы всегда поступательные. Ни одна из поступательных степеней свободы не имеет преимущества перед другими, поэтому на каждую из них приходится в среднем одинаковая энергия, равная
В классической статистической физике выводится закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная ,
А на каждую колебательную степень свободы – в среднем энергия, равная . Таким образом, средняя энергия молекулы , где - сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы.
В классической теории рассматривают молекулы с жесткой связью между атомами, для них совпадает с числом степеней свободы молекулы.
Внутренняя энергия для произвольной массы m газа

где М – молярная масса, v – количество вещества.