Siseenergia

Siseenergia (tähis ${\displaystyle U}$) on termodünaamilises süsteemis sisalduv kogu energia, seega süsteemi energia see osa, mis sõltub ainult süsteemi sisemisest olekust mikroskoopilisel tasemel.^[1] Selle sisse kuuluvad:

• süsteemi kõigi osakeste (nt molekulide, aatomite, ioonide, vabade elektronide) kaootilise liikumise (kulgliikumise, pöörlemise, võnkumise) kineetiline energia;
• osakeste vastastikmõju potentsiaalne energia;
• osakeste sisemise struktuuriga (aatomi elektronkate, tuum) seoses olev energia.

Siseenergia hulka ei arvata makroskoopilist, seega keha kui terviku kineetilist või potentsiaalset energiat, samuti relativistlikku seisuenergiat mc².

Siseenergia suurust (arvväärtust) ei saa mõõta, küll aga saab mõõta selle muutust ${\displaystyle \Delta U}$. termodünaamika esimese seaduse kohaselt on süsteemi siseenergia muutus niisama suur, kui on selle muutmiseks tehtud töö ${\displaystyle \Delta W}$ ja süsteemi toodud soojushulga ${\displaystyle \Delta Q}$ summa:

${\displaystyle \Delta U=\Delta Q+\Delta W}$.

Üheks lihtsaimaks näiteks siseenergiast on ideaalse gaasi siseenergia. Kuna ideaalse gaasi molekulid ei interakteeru üksteisega, siis sellise gaasi siseenergia koosneb molekulide soojusliikumise kineetilisest energiast. Nagu statistilises mehaanikas näidatakse, on keskmine termiline energia süsteemi iga vabadusastme kohta ${\displaystyle {\frac {1}{2}}k_{B}T}$, kus k_B on Boltzmanni konstant ning T on absoluutne temperatuur. Aatomil on kolm kulgliikumise vabadusastet, seega üheaatomilise ideaalse gaasi siseenergia (mooli kohta) on

${\displaystyle U={\frac {3}{2}}N_{A}k_{B}T={\frac {3}{2}}RT}$,

kus N_A on Avogadro arv ja R on universaalne gaasikonstant.