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热力学能，过去长期叫内能，符号U，是系统内各种形式能量的总和，例如系统中分子的动能(分子运动包括平动、转动和振动三种形式)、分子内电子运动的能量、原子核内的能量分子间作用能等等，难以胜数，随认识的深化不断发现新的能量形式，但有一点是肯定无疑的，任何系统在一定状态下内能是一定的，因而热力学能是状态函数。热力学能的绝对值难以确定，也无确定的必要，我们关心的是热力学能的变化，只要终态始态一定，热力学的变化量U是一定的。
公式原理：设想向一个系统供热，系统的温度就要上升，这表明，系统的内能增加了， 其增加的量当然就等于系统吸收的热量:△U=Q;在设想对一个系统做功，系统的内能也增加了，其增加量当然就等于环境向他做的功:△U=W;若即向系统做功， 又向系统供热，系统内能的增加量等于环境向他做的功，系统内能的增加就等于吸收的热量与环境向系统做功的总和:△U=Q+W。
系统与环境的能量交换的方向可以倒过来，系统放热、系统向环境做功或者系统即向环境放热又向环境做功或者，系统向环境放热的同时环境向系统做功，或环境向系统供热的同时系统向环境做功呢?这个关系时都同样成立。总之，这个关系式概括了一个客观事实:能量及不可能无缘无故地产生，也不会无缘无故地消失，只会从一种形式转变为另一种形式， 这就是热力学第一定律。