Глава II. КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОТЫ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
В этой главе мы обратимся к энергетической стороне процесса изменения состояния идеального газа и, в первую очередь, рассмотрим процесс изменения состояния газа при изменении его температуры.
§ 20. Внутренняя энергия идеального газа
Известно, что средняя энергия молекулы идеального газа, если считать его частицы точками, определяется выражением
Следует еще раз заметить, что это выражение справедливо для молекул-точек, способных совершать только поступательное движение. Такое представление о газе может считаться справедливым для одноатомных газов. Если же молекула газа содержит не один, а больше атомов, то она может совершать и другие виды движения — вращательное и колебательное, с которыми тоже связана некоторая энергия.
Ограничимся, однако, пока случаем только одноатомных газов и напишем выражение для энергии всех молекул данной массы газа. Если газ содержит 
молекул, то их общая энергия U равна
Для одного моля это выражение примет вид
Эта энергия называется внутренней энергией идеального газа.
Вообще же внутренней энергией тела называется полная энергия, относящаяся к самим молекулам, т. е. их «невидимая» энергия.
Сюда входит кинетическая энергия движения самих молекул, кинетическая энергия движения атомов внутри молекулы (если молекула не одноатомная), потенциальная энергия взаимодействия между атомами внутри молекулы и даже кинетическая энергия частиц, входящих в состав атомов (ядер и электронов). Она, однако, не включает ту кинетическую энергию, которой газ может обладать, если он, как целое, движется, и ту потенциальную энергию, которой он может обладать, если находится в поле каких-нибудь сил.
Внутренняя энергия данной массы идеального газа зависит, как это видно из формул (20.1) и (20.2), только от температуры и не зависит ни от давления, ни от объема газа. (Для неидеальных газов это неверно.)
Из приведенных формул видно, что для изменения температуры газа нужно изменить его внутреннюю энергию. Изменение же энергии, как это известно из механики, связано с работой: энергия тела изменяется, если тело совершает работу или над телом совершается работа, и это изменение как раз равно совершенной работе.
Отсюда как будто бы следует, что изменение температуры газа или вообще какого-либо тела может быть достигнуто только за счет механической работы: для нагревания тела над ним надо совершить работу, а для охлаждения нужно создать такие условия, при которых оно само могло бы совершить работу. Опыт показывает, что температуру телав самом деле можно изменить путем затраты соответствующей механической работы. Так, например, при трении тел друг о друга они нагреваются (на этом основан древнейший способ добывания огня), Как будет показано ниже, газ тоже может быть нагрет за счет совершения работы.
