A energia interna (U) é um conceito fundamental em termodinâmica, representando a energia total contida em um sistema. Abrange as formas microscópicas de energia associadas aos constituintes do sistema, incluindo:

- Energia cinética (Ek):Refere-se à energia possuída pelas partículas dentro do sistema devido ao seu movimento. Quanto mais rápido as partículas se movem, maior é a sua energia cinética.

- Energia potencial (Ep):A energia potencial representa a energia armazenada dentro do sistema devido às interações e arranjos de suas partículas. Inclui várias formas, como energia de ligação química, energia potencial gravitacional e energia potencial elástica.

- Energia de repouso (E₀):Este termo é por vezes incluído na definição de energia interna e refere-se à energia associada à massa das próprias partículas, de acordo com a famosa equação E₀ =mc², onde m é a massa e c é a velocidade da luz. Contudo, na maioria das aplicações práticas, a energia de repouso é considerada constante e não incluída nos cálculos das alterações de energia interna.

A energia interna total de um sistema é a soma de todas essas contribuições microscópicas de energia. É uma propriedade extensa, o que significa que depende da quantidade de substância presente. Para um sistema fechado (ou seja, aquele que não troca matéria com o seu entorno), a energia interna pode mudar através de vários processos, como transferência de calor, trabalho realizado no sistema ou reações químicas.

Compreender a energia interna de um sistema é crucial para analisar e prever o seu comportamento, pois representa a energia total disponível para diversos processos e transformações. Ao estudar mudanças na energia interna, cientistas e engenheiros podem obter insights sobre a eficiência energética e o desempenho dos sistemas, projetar processos para controlar o fluxo de energia e otimizar a utilização de energia em vários campos.