Внутрішня енергія, енергія тіла, залежна лише від його внутрішнього стану. Поняття Ст е. об'єднує всі види енергії тіла, за винятком енергії його руху як цілого і потенційній енергії, якою тіло може володіти, якщо воно знаходиться в полі яких-небудь сил (наприклад, в полі сил тяжіння).
Поняття Ст е. ввів В. Томсон (1851), визначивши зміна Ст е. (D U ) тіла (фізичної системи) в якому-небудь процесі як суму алгебри кількості теплоти Q якою система обмінюється в ході процесу з довкіллям, і роботи А , досконалою системою або виробленою над нею:
D U = Q - A (1)
Прийнято рахувати роботу А позитивною, якщо вона виробляється системою над зовнішніми тілами, а кількість теплоти Q позитивним, якщо воно передається системі. Рівняння (1) виражає перший початок термодинаміки — закон збереження енергії в застосуванні до процесів, в яких відбувається передача теплоти.
Згідно із законом збереження енергії, Ст е. є однозначною функцією стану фізичної системи, тобто однозначною функцією незалежних змінних, що визначають це стан, наприклад, температури Т і об'єму V або тиск р . Хоча кожна з величин ( Q і A ) залежить від характеру процесу, що переводить систему із стану с В. е. U 1 в стан з енергією U 2 , однозначність Ст е. приводить до того, що D U визначається лише значеннями Ст е. у початковому і кінцевому станах: D U = U 2 — U 1 . Для будь-якого замкнутого процесу, що повертає систему в первинний стан ( U 2 = U 1 ), зміну Ст е. дорівнює нулю і Q = А (див. Круговий процес ).
Зміна Ст е. системи в адіабатному процесі (за відсутності теплообміну з довкіллям, тобто при Q = 0) дорівнює роботі, вироблюваній над системою або виробленою системою.
В разі простої фізичної системи — ідеального газу — зміна Ст е., як показує кінетична теорія газів, зводиться до зміни кінетичній енергії молекул, визначуваною температурою (див. Гази ). Тому зміна Ст е. ідеального газу (або близьких до нього по властивостях газів з малою міжмолекулярною взаємодією) визначається лише зміною його температури (закон Джоуля). У фізичних системах, частки яких взаємодіють між собою (реальні гази, рідини, тверді тіла), Ст е. включає також енергію міжмолекулярних і внутрішньомолекулярних взаємодій. Ст е. таких систем залежить як від температури, так і від тиск (об'єму).
Експериментально можна визначити лише приріст або спад Ст е. у фізичному процесі (за початок відліку можна узяти, наприклад, вихідний стан). Методи статистичної фізики дозволяють, в принципі, теоретично розрахувати Ст е. фізичної системи, але також лише з точністю до постійного доданку, залежного від вибраного нуля відліку.
В області низьких температур з наближенням до абсолютного нуля (—273,16°С) Ст е. систем (рідких і твердих тіл), що конденсують, наближається до певного постійного значення U 0 , стаючи незалежною від температури (див. Третій початок термодинаміки ). Значення U 0 може вважати початком відліку Ст е.
Ст е. належить до основних термодинамічних потенціалів (див. Потенціали термодинамічні ). Зміна Ст е. при постійному об'ємі і температурі системи характеризує тепловий ефект реакції, а похідна Ст е. по температурі при постійному об'ємі визначає теплоємність системи.
