Lei de Joule para os gases perfeitos

Podemos dizer que é difícil conceituar energia. Pois a energia está presente em todos os processos da Física e também em todas as categorias de processos da natureza. A energia está associada a relações entre corpos e referenciais, à realização de trabalho mecânico, às trocas de calor, ao transporte de informação e muitas outras situações.

Vimos que a Termologia se interessa pelas relações existentes entre as trocas de calor entre os corpos e as conversões de energia ligadas à realização de trabalho. Ela também se interessa pela energia interna, ou seja, a energia que está ligada ao sistema. Essa energia depende exclusivamente do estado em que se encontra o sistema.

Em relação ao estudo dos gases, a energia interna corresponde ao somatório de várias parcelas de energia, como, por exemplo, a energia cinética média de translação das moléculas, a energia cinética de translação e rotação, etc.

A teoria cinética dos gases ideais propõe que a energia cinética média de translação de cada molécula se relaciona com a temperatura absoluta da amostra por meio da equação:

Para esse modelo simples, desprezando as demais energias, como a energia de rotação, vibração, etc., a energia interna U da amostra com N partículas será o somatório de todas as energias das partículas, ou seja:

Em que n =  é o número de mols da amostra. Observe que a energia interna da amostra depende exclusivamente de sua temperatura termodinâmica. Assim, para os gases ideais monoatômicos, a variação da energia interna (ΔU) é determinada pela variação da energia cinética total de suas moléculas.

Essa conclusão a respeito da variação de energia interna do gás constitui a Lei de Joule para os gases perfeitos. O estudo matemático da equação nos leva às seguintes possibilidades:

- Se , a energia interna (U) do gás aumenta
- Se , a energia interna (U) do gás diminui
- Se , a energia interna (U) do gás permanece constante