Внутрішня енергія системи
Згідно з визначенням, ідеальний газ має тільки кінетичної енергією. Вона ж є його енергією внутрішньої U. Для ідеального газу формулу енергії U можна отримати, якщо помножити обидві частини рівності для кінетичної енергії однієї частинки на їх число N у системі, тобто:
N × m × v2 / 2 = 3 / 2 × kB × T × N.
Тоді отримуємо:
U = 3 / 2 × kB × T × N = 3 / 2 × n × R × T.
Ми отримали логічний висновок: внутрішня енергія прямо пропорційна абсолютній температурі в системі. Насправді отриманий вираз для U справедливо тільки для моноатомного газу, оскільки його атоми мають лише трьома поступальними ступенями свободи (тривимірне простір). Якщо ж газ є двохатомних, тоді формула для U прийме вигляд:
U2 = 5 / 2 × n × R × T.
Якщо система складається з багатоатомних молекул, тоді справедливо таке вираз:
Un>2 = 3 × n × R × T.
В останніх двох формулах також враховуються обертальні ступені свободи.
