内能 在熱力學裡內能internal energy是熱力學系統內兩個具狀態變數之基本狀態函數的其中一個函數內能是指系統所含有的能量但不包含因外部力場而產生的系統整體之動能與位能內能會因系統能量的增損而隨之改變 系統的內能可能因對系統加熱對系統作功英语Work thermodynamics或添加或移除物質而改變當系統內有不可穿透的牆阻止物質傳遞時該系統稱之為封閉系統如此一來熱力學第一定律描述內能的增加會等於增加的熱量加上環境對該系統所作的功若該系統周圍的牆不能傳遞物質與能量則該系統稱之為孤立系統且其內能會維持定值 一系統內給定狀態下的內能不能被直接量測給定狀態下的內能可由一已給定其內能參考值之參考狀態開始經過一連串熱力學操作英语Thermodynamic operation及熱力學過程以達到該給定狀態來決定其值這一連串的操作及過程理論上可使用該系統的某些外延狀態變數來描述亦即該系統的熵 S容量 V 及莫耳數 Nj內能 USVNj 是這些變數的函數有時該函數還能再附加上其他的外延狀態變數如電偶極矩就熱力學及工程學上的實際用途來看一般很少需要考慮一個系統的所有內含能量如質量所含有的等價能量一般而言只有與研究的系統及程序有關的部分才會被包含進來熱力學一般只在意內能的變化量 內能是一系統內的狀態函數因為其值僅取決於該系統的目前狀態而與達到此一狀態所採之途徑或過程無關內能是個外延物理量內能是個基本熱動力位能使用勒壤得轉換可從內能開始在數學上建構出其他的熱動力位能這些函數的狀態變數部分外延變數會被其共軛內含變數所取代因為僅是將外延變數由內含變數所取代並無法得出其他熱動力位能所以勒壤得轉換是必要的熱力學系統的另一個基本狀態函數為該系統的熵 SUVNj是個除熵 S 這個狀態變數被內能 U 所取代外具有相同狀態變數之狀態函數 雖然內能是個宏觀物理量內能也可在微觀層面上由兩個假設的量來解釋一個是系統內粒子的微觀運動平移旋轉振動所產生的微觀動能另一個是與粒子間的化學鍵及組成物質的靜止質量能量等微觀力有關之位能在微觀的量與系統因作功加熱或物質轉移而產生之能量增損的量之間並不存在一個簡單的普遍關係 能量的國際單位為焦耳J有時使用單位質量公斤的內能稱之為比內能會比較方便比內能的國際單位為 Jkg若比內能以物質數量莫耳的單位來表示則稱之為莫耳內能且該單位為 Jmol 從統計力學的觀點來看內能等於系統總能量的系綜平均值英语Ensemble average