Термодинамика.
Внутренняя энергия.
Один из основных законов физики – закон сохранения и превращения энергии. Согласно которого, энергия ни от куда не берется и никуда не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой. В замкнутой механической системе (без трения) полная механическая энергия сохраняется, т.е. происходит превращение кинетической энергии (энергии движения) в потенциальную энергию (энергию взаимодействия тел между собой или частей чела). В таком случае, во время движения или взаимодействия тела (например, деформации тела) нагревания тела не происходит. Но в реальной жизни трение присутствует, и во время движения тела, оно нагревается из-за трения, или при деформации место деформации так же нагревается. Тогда изменяется движение молекул и взаимодействие между молекулами. Тогда говорят, что изменяется внутренняя энергия тела.
Примеры изменения внутренней энергии.
Во время изменения температуры тела изменяется скорость движения молекул, т.е., изменяется кинетическая энергия движения молекул, следовательно изменяется внутренняя энергия тела. Внутренняя энергия может изменяться без изменения температуры. Например, превращение льда в воду (изменение агрегатного состояния вещества) происходит при 0°С, т.е. без изменения температуры. Это процесс происходит не мгновенно, т.е. на него нужно время, в течение которого происходит увеличение расстояния и уменьшение сил взаимодействия между молекулами. Т.о., внутренняя энергия изменяется за счет изменения взаимодействия между молекулами, т.е. изменения потенциальной энергии взаимодействия между молекулами.
Итак, внутренняя энергия – это сумма кинетических энергий движения ВСЕХ молекул вещества и потенциальных энергий их взаимодействия. Обозначается внутренняя энергия буквой U.
Изменить внутреннюю энергию тела можно двумя способами:
1. Совершая над телом работу (например, если растирать в руках какое-либо тело, то оно нагреется (увеличится температура/скорость движения молекул/ кинетическая энергия движения молекул))
2. Посредствам теплопередачи, т.е. без совершения работы (например, при контакте тел разной температуры их температуры выравниваются, т.е. внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а менее нагретого - увеличивается).
Количественную меру изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи называют количеством теплоты и обозначают Q.
Внутренняя энергия идеального газа.
Средняя кинетическая энергия одного атома идеального газа определяется выражением: 
Если газ содержит N молекул, то их общая энергия 
или 
.
Эта энергия называется внутренней энергией идеального газа.
Т.к. для идеального газа взаимодействием молекул пренебрегают, то потенциальная энергия молекул равна нулю. Поэтому внутренняя энергия идеального газа данной массы зависит только от температуры и не зависит ни от давления, ни от объема.
Внутренняя энергия многоатомного газа, как и одноатомного, пропорциональна его абсолютной температуре. Многоатомные молекулы не только движутся поступательно, но и вращаются. Внутренняя энергия таких газов равна сумме энергий поступательного и вращательного движения молекул. Поэтому в общем случае можно записать 
,
где i – это число степеней свободы (число независимых квадратичных переменных, которым и определяется энергия системы). Так, i = 3 – для одноатомных; i = 5 – для двухатомных; i = 6 – для трехатомных и более газов.
Работа газа.
Работа газа при изобарном процессе рассчитывается по формуле: 
.
Вывод этой формулы представлен в учебнике Физика 10 класс, авторы КоршакЕ.В., Ляшенко А.И., Савченко В.Ф. в § 54 на стр. 177-178.
Если газ сжимается, то 
– работа газа отрицательная; если газ расширяется, то 
– положительная.
Работа внешних сил (т.е. работа над газом) будет иметь противоположный знак
.
Таким образом, совершая над газом положительную работу, внешние силы передают ему часть своей энергии. При расширении газа, наоборот, работа внешних сил отрицательная.