内部エネルギーと第一法則の定式化

系の内部エネルギーは、系内のすべての粒子の運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの合計です。

このエネルギーは、仕事と熱の両方によって変化することができます。

例えば、可動ピストンを持つ容器内のガスが加熱されると、熱がシステムに流れ込み、内部エネルギーを得ます。しかし冷却されると熱がシステムから流れ出し、内部エネルギーを失います。

同様に、ピストンを上方に動かす(気体に仕事がかかる)や下に動かす(気体が仕事をする)も系の内部エネルギーを変化させます。

内部エネルギーの変化、熱伝達、圧力-体積変化による仕事との関係は、熱力学第一法則によって定義されます。

任意の過程において、内部エネルギーは系の初期状態と最終状態のみに依存し、経路に依存しません。

循環過程では、最終状態が初期状態と同一であるため、内部エネルギーは一定のままです。

断熱系は熱の出入りを防ぎ、内部エネルギーの変化は系にかかる仕事と等しいです。