אנרגיה פנימית וניסוח החוק הראשון

האנרגיה הפנימית של מערכת היא סכום האנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות של כל החלקיקים במערכת.

אנרגיה זו ניתנת לשינוי הן באמצעות עבודה והן באמצעות חום.

לדוגמה, כאשר גז במיכל עם בוכנה ניידת מחומם, חום זורם למערכת והוא צובר אנרגיה פנימית. אבל כשמקוררים, החום זורם החוצה מהמערכת, והיא מאבדת אנרגיה פנימית.

באופן דומה, הזזת הבוכנה כלפי מעלה, במקום העבודה על הגז, או כלפי מטה, שבה העבודה נעשית על ידי הגז, משנה גם את האנרגיה הפנימית של המערכת.

הקשר הזה בין השינוי באנרגיה הפנימית, העברת החום והעבודה שנעשית כתוצאה משינויים בלחץ-נפח מוגדר על ידי החוק הראשון של התרמודינמיקה.

לכל תהליך, האנרגיה הפנימית תלויה רק במצבים ההתחלתיים והסופיים של המערכת והיא בלתי תלויה במסלול.

בתהליכים מחזוריים, האנרגיה הפנימית נשארת קבועה שכן המצב הסופי זהה למצב ההתחלתי.

מערכות אדיאבטיות מונעות כניסה או יציאה של חום, כאשר השינוי באנרגיה הפנימית שווה לעבודה שנעשית על המערכת.