내부 에너지

1. 정의

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어떤 계의 내부 에너지란 그 계 전체가 통째로 움직이는 운동에서 비롯되는 운동에너지와 외부 역장에 의해 발생하는 포텐셜 에너지를 제외한 그 계의 에너지 전체를 의미한다. 즉, 그 계의 물질 내의 "분자의 병진 운동 에너지," "분자의 회전 운동 에너지," "분자 내 원자의 내부운동에 의한 운동 에너지," "분자 사이의 힘에 의한 퍼텐셜 에너지" 등의 총합을 말하는 것이다.

2. 열과의 관계

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'''물질은 열을 갖지 않는다.''' 물질이 갖는 것은 '내부 에너지'이며, 열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 "이동하는 에너지"이다. 물체가 열을 얻거나 잃게 되면, 결국 '에너지'를 받고 잃는 셈이므로 물질의 내부 에너지가 증가하거나 감소한다. 온도는 물질의 평균 병진운동에너지이므로 온도가 올라가거나 내려가게 된다.

3. 공식

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$$\displaystyle U=\frac{f}{2}nRT=\frac{f}{2}Nk_{\rm{B}}T$$
$$f$$는 물질의 자유도(degree of freedom).
물질의 내부 에너지는 온도와 정비례한다.