Innere Energie

In diesem Eintrag soll der Begriff der 'inneren Energie' erklärt und von den Begriffen der potentiellen und kinetischen Energie abgegrenzt werden.

Die innere Energie umfasst die auf mikroskopischer, also molekularer, Ebene gespeicherte Lage- und Bewegungsenergie. Dies ist nicht zu verwechseln mit potentieller und kinetischer Energie auf makroskopischer Ebene. Die innere Energie umfasst z. B. die Energie, die in der Geschwindigkeit der Moleküle relativ zum makroskopischen System, dessen Bestandteile sie sind, gespeichert ist. Die innere Energie einer Stahlkugel steigt beispielsweise bei einer Wärmezufuhr, da die Moleküle intensiver anfangen zu schwingen.

Wird die Kugel hingegen durch eine äußere Kraft beschleunigt, so steigt die kinetische Energie der Kugel und nicht ihre innere Energie, da sich zwar alle Moleküle nun relativ zu einem äußeren Bezugssystem schneller bewegen - aber eben nicht relativ zu der Kugel.

Gleiches gilt für die potentielle Energie: Auf makroskopischer Ebene geht es um die Lageenergie des Gesamtsystems im Schwerefeld der Erde. Auf mikroskopischer Ebene geht es um die Lageenergie der einzelnen Moleküle innerhalb der von den anderen Molekülen verursachten Felder.

Anmerkung: Die innere Energie eines idealen Gases hängt nur von dessen Temperatur und nicht von seinem Druck ab.

Bei idealen Gasen gilt immer:

(Dabei ist cv die isochore Wärmekapazität des Gases.)