Hi!
Also der µA741 war so ziemlich der erste einwandfrei Funktionierende Operationsverstärker in einem kleinen Gehäuse. Aktuell war diese Technik vor vielleicht 30 Jahren!
Der 741er braucht eine ziemlich hohe Eingangsspannung (je nach Verstärkung) und bei deiner kleinen Eingangsspannung auf jeden Fall eine negative Versorgungsspannung.
Ein besserer Verstärker, der all dies nicht braucht, ist z.B. der TLC272 oder der LM358.

Die einfachste Möglichkeit bei dir: Der Mega16 besitzt schon einen internen Verstärker, den man dazuschalten kann (Verstärkung von 1x, 10x oder 200x).

Jetzt kommt es nur noch darauf an, welche Auflösung du haben möchtest. Der LM35 gibt eine Spannung von 10mV/°C aus, bei 10 Bit Auflösung gibt das einen kleinsten Schritt von etwa 0,5°C. Verwendet man die interne Referenz von 2,56V, dann verkleinert sich dieser auf 0,25°C.
Die Genauigkeit des LM35DZ liegt bei 1-2°C, eine Nachkommastelle ist also im Prinzip sinnlos.

MfG
Basti