1．　はじめに

本稿では，熱力学の根幹をなす法則の一つである，熱力学第一法則について解説するとともに，気体による仕事の表現と内部エネルギー，その前提となる準静的過程などについて理解する。

2．　熱力学第一法則

前回示したジュールの実験から，熱と仕事は形態が異なるものの，本質的には同じエネルギーである等価性が示された。この等価性とエネルギー保存の原則を含めて，熱力学第一法則という。この法則は，仕事を熱に変えることも，熱を仕事に変えることも可能であり，系と周囲とのエネルギーのやり取りがない場合には，系が保有するエネルギーの総和は不変である，ということを示している。ここで系とは，注目している物質の集合体のことをいう。系は，境界に囲まれており，境界の外側を周囲という。図2.1に系，境界および周囲の概念図を示す。ここでは，シリンダ内に封入された気体を対象として状態変化を考える。この場合，シリンダ内の気体が系であり，図中に破線で示されているのが境界である。境界を横切って，系には周囲から熱量の出入りがあり，また，系は周囲に対して仕事をする。すなわち，熱力学では，この系を対象として，系に対する熱の出入り，系が外部に対してした仕事，系の状態変化の関係を理解するものである。