Isı ve İç Enerji:
İç enerji, cisme göre durgun bir referans sisteminden bakıldığında, mikroskobik bileşenlerinin -atom ve moleküller- hareketleriyle ilgili enerjilerinin toplamıdır. Bu tanımda, bir sistemin uzaydaki hareketinden kaynaklanan hacimsel kinetik enerjinin iç enerjiye etki etmediğini gösterir. İç enerji maddenin moleküllerinin ötele, dönme ve titreşim hareketleri ile moleküllerdeki potansiyel enerjisi ile moleküller arasındaki potansiyel enerjinin toplamıdır.
Isı, sistemle çevresi arasındaki sıcaklık farkından kaynaklanan ve sistemin sınırlarını geçen enerji transferi olarak tanımlanır. Bir cismi ısıtırsanız, bu cisimle temasta olan daha yüksek sıcaklıktaki çevresinden ona enerji aktarmış olursunuz.
Isı ve iç enerji kavramları arasındaki farkı görmek için, iş ve mekanik enerji arasındaki kavramları düşünelim. Bir sistem üzerine yapılan iş, sisteme çevresinden verilen enerji miktarının bir ölçüsüdür. Halbuki bir sistemin mekanik enerjisi hareketinin ve sistemin elemanlarının bağıl konumlarının bir sonucudur. Dolayısıyla, bir kişi bir sistem üzerinde iş yaparsa, kişiden sisteme enerji aktarımı yapılmıştır. Yani bir sisteme ve sistemden dışarı enerji transferi söz konusu olduğundan sadece sistem üzerine bir iş yapılabilir veya sistem bir iş yapabilir. Benzer şekilde, bir sistemin ısısı kavramının anlamı yoktur, ancak sıcaklık farkların nedeniyle bir enerji transferi söz konusu olduğunda, ısıdan söz edilir. Isı ve iş sistemin enerjisinin değiştirmenin iki yoludur.
Termodinamiğin Birinci Kanunu, enerji korunumu kanunun bir genellemesidir ve iç enerjideki muhtemel değişimleri de kapsar. Ayrıca, mikroskobik ve makroskobik nicelikler arasında ilişki kurar.
Sistem üzerine iş yaparak enerji değişiminde, sistemlerin makroskobik değişkenlerinde, yani basınç veya kuvvetin uygulama noktasında kayda değer bir değişme olur.
Isı yoluyla iç enerjinin değişimi, mikroskobik düzeydeki sistemin molekülleri arasındaki rastgele çarpışmalardan ileri gelen ısı transferidir.
Termodinamik bir sistemin bir ilk halden son hale Q birimlik ısı alış verişi yaparak ve sistem tarafından veya sistem üzerine W işi yapılarak geçtiğini farz edelim. Örneğin sistem, basınç ve hacmi Pi, Vi den Ps, Vs ye değişen bir gaz olsun. Eğer Q ve W nicelikleri, ilk ve son denge durumlarını birleştiren çeşitli yollar boyunca ölçülmüş ise görülür ki ilk ve son durumu birleştiren bütün yollar boyunca bulunan Q - W değeri aynıdır. Buradan, bir sistemin ilk ve son durum vasıtasıyla Q - W niceliğinin tamamen belirlenebilir olduğu sonucuna varırız.
Q - W niceliği bir sistemin iç enerjisindeki değişmedir. Q ve W nin her ikisi de yola bağlı olmasına rağmen, Q -W niceliği yoladan bağımsızdır. İç enerji fonksiyonu E(iç) şeklinde gösterirsek
dE(iç) = dQ - dW (Termodinamiğin birinci yasası) şeklinde yazılır.
