内部エネルギーの基礎と熱力学における役割

内部エネルギー（ないぶエネルギー、英: internal energy）とは、系が持つ微視的なエネルギーの総量であり、熱力学および統計力学における重要な物理量の一つです。

定義と性質

内部エネルギーは状態量であり、系の現在の状態のみによって決まります。経路には依存しないため、系がどのようにその状態に至ったかに関わらず一意に定まります。示量性変数であり、系の物質量や大きさに比例して大きくなります。

熱力学第一法則との関係

熱力学第一法則によれば、閉じた系の内部エネルギーの変化量は、系に加えられた熱量と系が外部に行った（または外部から受けた）仕事の総和に等しくなります。これにより、エネルギー保存の法則が熱力学の系において定量的に表現されます。

統計力学的な解釈

統計力学において、内部エネルギーは構成粒子（分子、原子、電子など）が持つ運動エネルギーおよび相互作用によるポテンシャルエネルギーの総統計平均として定義されます。