2. Тепловая и кулоновская энергия плазмы
Для равновесной плазмы тепловая энергия выражается так же, как и для идеального газа. В полностью ионизованной плазме плотность тепловой энергии:
.
В частично ионизованной плазме добавляется энергия нейтральных частиц (атомов и молекул), определяемая по обычным формулам термодинамики газов.
В термодинамическом отношении плазма отличается от идеального газа тем, что кроме тепловой энергии в ней может оказаться существенной еще энергия электростатического взаимодействия. Если взаимодействие не слишком сильное, то энергия взаимодействия может быть оценена в приближении Дебая. Изменение потенциала вследствие взаимодействия для частицы с зарядом 
равно:
. (2)
На малых расстояниях 
разложение в ряд даёт:
. (3)
Таким образом, электростатическое взаимодействие создаёт в точке, где находится каждая частица, добавочный отрицательный потенциал. Этот потенциал происходит от притяжения частицы окружающей её «атмосферой» с избытком частиц противоположного знака. Он равен численно кулоновскому потенциалу, возбуждаемому частицей на расстоянии, равном длине экранирования 
. Если умножить добавочный потенциал на заряд частицы и просуммировать по всем частицам, находящимся в единице объёма, то каждая из частиц будет учтена дважды. Поэтому полная плотность кулоновской энергии равна:
.
. В силу квадратичности по 
кулоновская энергия всегда отрицательна, то есть имеет такой знак, как энергия притяжения. Таким образом, полная энергия плазмы всегда меньше, чем энергия идеального газа. Подстановка значения для даёт: 
, (5) так как:
, то можно представить в виде:
. (6)
Рассмотрим дебаевскую сферу:
.
В первом приближении можно считать, что потенциал частицы сказывается только внутри дебаевской сферы, а вне её пренебрежимо мал. Тогда:
. (7)
Если от плотности кулоновской энергии перейти к кулоновской энергии, рассчитанной на одну частицу, то есть:
, где 
– число частиц в дебаевской сфере.
В силу статистического характера теории Дебая она применима при условии 
. Но тогда кулоновская энергия мала в сравнении с тепловой, то есть плазма является идеальной. Таким образом, теория Дебая применима тогда, когда электростатическое взаимодействие является малой поправкой, то есть когда плазма мало отличается от идеального газа. В области более высоких плотностей, где отступления становятся значительными, теоретический расчёт невозможен. Здесь необходимо использовать экспериментальные данные.