Internal energy

Energy that an object possesses within itself. Generally, an object possesses translational and rotational kinetic energy as a whole, as well as mechanical and electrical potential energy as a whole. For example, if an object is in a gravitational field, it possesses mechanical potential energy of Mgh (M is the mass of the object, g is the gravitational constant, and h is the height above the ground). Also, if an object is in an electric field, the object possesses electrical potential energy of (1/2)QV, where Q is the charge of the object and V is the electric potential at the object's position. The total energy of an object is the sum of these external energies and the internal energy that the object inherently possesses within itself. The kinetic energy and mechanical potential energy of an object as a whole are dealt with in mechanics, while the electrical potential energy of an object as a whole is dealt with in electromagnetism. In thermodynamics and condensed matter theory, which attempt to discuss the properties of the substances that make up an object, it is sufficient to consider only internal energy as the energy possessed by the object.

Since internal energy is energy, the law of conservation of energy applies to it. In thermodynamics, this is called the first law of thermodynamics. In other words, the internal energy of an object increases only by the amount of work and heat applied from the outside. This work generally includes not only mechanical work, but also electrical, magnetic, and chemical work. The essence of internal energy is difficult to understand unless one is microscopic. In other words, the internal energy of a substance is the sum of the kinetic energy and potential energy of the microscopic particles that make up the substance.

[Shozo Sawada]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

物体がその内部にもつエネルギー。物体は一般には、それが全体としてもつ並進および回転の運動エネルギー、全体としてもつ力学的・電気的な位置のエネルギーをもっている。たとえば、物体が重力場の中にあれば、物体はMgh（Mは物体の質量、gは重力定数、hは地表からの高さ）の力学的位置のエネルギーをもっている。また、物体が電界の中にあるとき、物体のもつ電荷をQ、物体の位置における電位をVとして、物体は(1/2)QVという電気的位置のエネルギーをもっている。物体がもつ全エネルギーは、これらのいわば外部的エネルギーと物体が本来その内部にもつ内部エネルギーとの総和である。物体が全体としてもつ運動エネルギーおよび力学的位置のエネルギーは力学において取り扱い、物体が全体としてもつ電気的位置のエネルギーは電磁気学において取り扱う。物体を構成する物質の性質を議論しようとする熱力学、物性論では、物体のもつエネルギーとして内部エネルギーだけを考えれば十分である。

　内部エネルギーはエネルギーであるから、これについてはエネルギー保存則が成り立つ。これが熱力学では熱力学第一法則とよばれているものである。すなわち、物体の内部エネルギーは外から加えられた仕事および外から加えられた熱だけ増大する。この仕事には、一般的には、力学的なものだけでなく、電気的、磁気的、化学的なものも存在する。内部エネルギーの本質は微視的にでないと理解しにくい。すなわち、物質の内部エネルギーとは、この物質を構成する微視的粒子のもつ運動エネルギーおよびポテンシャルエネルギーの総和である。

［沢田正三］

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