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内部エネルギー(internal energy)
系の全てのエネルギーを総称して内部エネルギーといい、Uで表されます。
内部エネルギーは系の運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの総和です。
系の温度が上昇すると、内部エネルギーは増加します。
熱力学第一法則(first law of thermodynamics)
熱力学基本法則のページでも触れましたが、外界からのエネルギー変化がない孤立系の内部エネルギーは一定です。熱力学第一法則は、内部エネルギーの保存則を表現しています。
系に熱や仕事として移動したエネルギーを貯蓄するように内部エネルギーは変化していきます。
この関係は以下のように表されます。
$$\Delta U=q+W$$
これを熱力学第一法則の数式での表現になります。
この式では、系が受け取った量を正の値であると定義しています。もしも系から外界へとエネルギーが移る場合には、負の値になることがあります。
まとめ
・内部エネルギーは系のもつ運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの総和です。
・内部エネルギーの量的関係を表しているのが熱力学第一法則です。
・熱力学第一法則は、内部エネルギーの仕事と熱との関係を以下のように表現します。
$$\Delta U=q+W$$