Внутрішня енергія реального газу

Внутрішня енергія реального газу дорівнює сумі кінетичної енергії теплового руху його молекул і потенціальної енергії міжмолекулярної взаємодії. Потенціальна енергія реального газу, який описується рівнянням Ван-дер-Ваальса, зумовлена лише силами притягання між молекулами, які приводять до виникнення внутрішнього тиску на газ

.

Робота, яка затрачається для подолання сил притягання, що діють між молекулами газу, або проти внутрішнього тиску, йде на збільшення потенціальної енергії системи:

, або .

Звідси

.

Знак „–” означає, що молекулярні сили, які створюють внутрішній тиск , є силами притягання.

З достатнім ступенем точності можна вважати, що кінетична енергія для одного моля реального газу дорівнює кінетичній енергії ідеального газу, що перебуває при тій самій температурі. Внутрішня енергія ідеального газу дорівнює тільки кінетичній енергії хаотичного руху молекул. Тому

.

Тоді внутрішня енергія одного моля реального газу:

і вона росте із збільшенням температури та об’єму газу.

Якщо газ розширюється без теплообміну з навколишнім середовищем і не виконує зовнішньої роботи , то на основі першого закону термодинаміки , отримуємо, що .

При адіабатному розширенні без виконання зовнішньої роботи внутрішня енергія газу не міняється.

Для ідеального газу означає рівність температур , тобто при адіабатному розширенні ідеального газу у вакуумі його температура не змінюється.

Для реального газу:

і .

З умови отримуємо

.

Оскільки , то , тобто реальний газ при адіабатному розширенні у вакуум охолоджується. При адіабатному стиску реальний газ нагріватиметься.