Чем отличается внутренняя энергия идеального газа от внутренней энергии реального газа

Внутренняя энергия идеального газа и реального газа отличается в первую очередь тем, что в модели идеального газа предполагается, что молекулы газа не взаимодействуют друг с другом (кроме как при столкновениях, которые считаются упругими), а молекулы реального газа взаимодействуют между собой, что влияет на его внутреннюю энергию.

1. Идеальный газ: В модели идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры. Она представляет собой сумму кинетической энергии молекул, поскольку предполагается, что взаимодействия между молекулами отсутствуют или пренебрегаемы. Внутренняя энергия идеального газа (U) для одноатомного газа может быть выражена как:

   $$U = \frac{3}{2}nRT$$

   где $n$ — количество вещества в молях, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — температура в Кельвинах.

2. Реальный газ: В случае реального газа внутренняя энергия зависит не только от температуры, но и от объема, давления и природы межмолекулярных взаимодействий. Молекулы реального газа могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, что влияет на их кинетическую и потенциальную энергию. Эти взаимодействия (например, притяжение или отталкивание между молекулами) изменяют внутреннюю энергию газа в зависимости от состояния (давление, температура и плотность). Формула для внутренней энергии реального газа сложнее и зависит от уравнения состояния, которое учитывает межмолекулярные силы, например, уравнение Ван-дер-Ваальса.

   Для реальных газов внутреннюю энергию можно выразить через потенциальную энергию молекул и их кинетическую энергию. Взаимодействие молекул влияет на энергетическое состояние газа, что делает реальный газ более сложным для описания, чем идеальный.

Таким образом, основное различие в том, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, в то время как внутренняя энергия реального газа также зависит от взаимодействий между молекулами, которые изменяются с давлением и объемом.