1. Thực nghiệm
+ TN1: Thực hiện công làm biến đổi nội năng: cọ xát hai vật vào nhau, hoặc nén nhanh khí trong xi-lanh kín → nhiệt độ vật/khí tăng lên dù không truyền nhiệt từ bên ngoài.
+ TN2: Truyền nhiệt làm biến đổi nội năng: đặt vật lên bếp đun/ngọn lửa (không có công cơ học tác dụng) → nhiệt độ vật tăng lên.
+ Kết luận từ hai TN: nội năng của vật có thể thay đổi bằng hai cách độc lập là thực hiện công và truyền nhiệt; cả hai cách đều làm thay đổi năng lượng chuyển động và tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật.
2. Nội dung căn bản
+ Nội năng $U$ của một vật: tổng động năng chuyển động nhiệt và thế năng tương tác của tất cả các phân tử cấu tạo nên vật.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: $U = U(T,V)$.
+ Có hai cách làm biến đổi nội năng của vật: thực hiện công ($A$) và truyền nhiệt ($Q$).
Lưu ý: Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt.
+ Định luật 1 của nhiệt động lực học: độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.
$\Delta U = A + Q$
Quy ước dấu: $Q>0$ khi vật nhận nhiệt, $Q<0$ khi vật truyền nhiệt ra ngoài;
$A>0$ khi vật nhận công, $A<0$ khi vật thực hiện công lên vật khác.
3. Nhận xét, lưu ý
+ Với vật rắn, lỏng không biến dạng và không chuyển thể, thể tích coi như không đổi nên công $A \approx 0$, khi đó định luật 1 trở thành $\Delta U = Q = mc\Delta t$ => toàn bộ nhiệt lượng trao đổi dùng để làm biến đổi nội năng (biểu hiện qua sự thay đổi nhiệt độ).
+ Cần phân biệt: nội năng $U$ là một dạng năng lượng gắn với trạng thái của vật; còn công $A$ và nhiệt lượng $Q$ là các đại lượng đặc trưng cho quá trình trao đổi năng lượng, không phải là năng lượng vật "có sẵn".
+ Định luật I nhiệt động lực học là một dạng phát biểu của định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, áp dụng cho các quá trình có trao đổi nhiệt và công.