L'energia interna è puramente cinetica

Perché nel gas ideale l’energia interna coincide con la sola energia cinetica? Un modello minimo di “gas” aiuta a vederlo: due palline collegate da una molla che cadono sotto l’effetto della gravità. La forza della molla è interna al sistema, il peso è esterno. L’energia totale del sistema si scompone allora in più contributi:

$E_{\text{tot}} = E_{\text{cin,CM}} + \underbrace{E_{\text{cin,int}} + E_{\text{pot,molla}}}_{E_{\text{interna}}} + E_{\text{pot,g,CM}}$

L’energia interna è la parte che non dipende dal moto d’insieme (del centro di massa) né dalla posizione del sistema nel campo di gravità: è l’energia “propria” del sistema vista da dentro, somma dell’energia cinetica interna e dell’energia potenziale delle interazioni fra le sue parti.

Ora arriva il punto: per un gas ideale le particelle non interagiscono, quindi $E_{\text{pot,molla}} = 0$ (non c’è nessuna “molla” fra le molecole). Ne segue che l’energia interna è puramente cinetica:

Conseguenza chiave

$E_{\text{interna}} = E_{\text{cin,int}} \quad(\text{gas ideale})$ Non essendoci interazioni, l’energia interna di un gas ideale è solo agitazione termica: è questa identità che, nella prossima sezione, permette di legare direttamente l’energia interna alla temperatura.

Collegamenti

Argomenti: Teoria cinetica dei gas Concetti: Energia interna · Energia cinetica Competenze: Interpretazione micro-macro

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