В общем случае внутренней энергией называется совокупность всех видов энергий, которые входят в тела или системы тел. Эту энергию можно представить как сумму отдельных видов энергий:
- Кинетической энергии поступательного, вращательного и колебательного движения частиц;
- Потенциальной энергии взаимодействия молекул или атомов;
- Энергии взаимодействия между ядрами атомов и электронами;
- Внутриядерной энергии.
В технической термодинамике рассматриваются только такие процессы, в которых меняются кинетическая и потенциальная составляющие внутренней энергии, то есть 2 первых вида из перечисленных выше. При этом знания абсолютных значений внутренней энергии не требуется. Две последние составляющие внутренней энергии в большинстве теплоэнергетических процессов остаются неизменными.
Внутренней энергией идеальных газов называют только кинетическую энергию движения молекул и энергию колебательных движений атомов в молекуле, потому что в идеальных газов взаимодействие между его частицами отсутствует. Есть внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема газа или его давления, а определяется только его температурой.
Для реальных газов кроме кинетической энергии движения внутренняя энергия дополнительно включает потенциальную энергию взаимодействия молекул, значение которой зависит от среднего расстояния между молекулами, следовательно, от занимаемого газом объема. Поэтому внутренняя энергия реальных газов зависит от температуры и объема.
Таким образом, внутренняя энергия зависит только от основных параметров газа, поэтому является 4-м параметром состояния газа. Есть внутренняя энергия U является функцией состояния газа, а разница внутренних энергий для двух любых состояний рабочего тела или системы тел не будет зависит от пути перехода от первого состояния ко второму.
Единицей измерения внутренней энергии U является джоуль (Дж), удельного внутренней энергии u - джоуль, разделен на килограмм (Дж / кг).