內能

內能（internal energy）是儲存在系統內部、藏在分子不停晃動與排列之中的總能量。即使一杯咖啡靜靜地擺在桌上，它的分子仍在飛竄、旋轉、振動，並以電力互相拉扯。把所有這些隱藏的微觀動能與位能加總起來，就得到內能。它回答的問題是：撇開整個物體移動得多快、位置有多高不談，這團物質本身究竟含有多少能量？

更精確地說，內能寫作 U，是所有粒子的動能（它們的隨機運動）加上粒子間各種作用力的位能（鍵結與吸引）之總和。它刻意「不」包含整個物體的能量——一桶高飛的氣體有額外的整體動能與重力位能，但它的內能，和一桶靜置在地面上、完全相同的氣體是一樣的。對理想氣體而言，因為分子彼此不吸引，U 只和溫度有關：升高 T 就升高 U。

內能是一個狀態函數（state function），意思是它只取決於系統當下的狀態（它的 P、V、T），而與到達該狀態所走的路徑無關。你通常無法量出 U 的絕對值，但你總能量出它的變化量 ΔU，而熱力學第一定律正是圍繞這一點建立的。一個常見的混淆：內能不等於熱。熱是穿越邊界、正在傳遞中的能量；內能則是已經停放在系統內部的能量。