Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub E_w) w termodynamice – całkowita energia układu będącą sumą energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.

Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest zmiana energii wewnętrznej, dlatego określając energię wewnętrzną układu pomija się te rodzaje energii, które nie zmieniają się w rozpatrywanym układzie termodynamicznym. Na przykład dla gazu doskonałego jedyną składową energii wewnętrznej, która może się zmieniać, jest energia kinetyczna cząsteczek gazu. Stąd zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek.

Energia wewnętrzna jest jednym z potencjałów termodynamicznych . Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu , którą dla danej porcji gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np. ciśnienie , temperaturę , objętość właściwą , entalpię , entropię i inne.

Związek z innymi wielkościami termodynamicznymi

gdzie

T – temperatura (w kelwinach),

S – entropia ,

p – ciśnienie ,

V – objętość ,

μ_i – potencjał chemiczny i-tego składnika,

N_i – liczba cząsteczek i-tego składnika.

Ze wzorów tych wynika

– temperatura

– ciśnienie

– potencjał chemiczny

Jednostką energii w układzie SI jest dżul (J).

W gazie doskonałym

W przypadku gazu doskonałego zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek i wyraża ją wzór

gdzie

n – liczba moli gazu,

C_V – ciepło molowe przy stałej objętości,

ΔT – zmiana temperatury gazu.

Zobacz też

• funkcja stanu
• potencjały termodynamiczne
• entalpia
• entalpia swobodna
• energia swobodna