熱力学的プロセス
熱（Q）とは、温度差によってある物体から別の物体へ移動するエネルギーのことです。システムや環境に関して言えば、熱とは温度差によってシステムから環境へ、あるいは環境からシステムへと移動するエネルギーのことです。システムの温度が周囲温度よりも高い場合、熱はシステムから環境へと流れます。周囲温度がシステムの温度よりも高い場合、熱は環境からシステムへと流れます。
熱（Q）は温度差によって移動するエネルギーであり、仕事（W）は仕事を通して伝達されるエネルギーに関係する。例えば、系が環境に対して仕事をする場合、エネルギーは系から環境へ移動する。逆に、環境が系に対して仕事をする場合、エネルギーは環境から系へ移動する。
内部エネルギーと熱力学第一法則
系の内部エネルギー（U）は、系内のすべての分子の運動エネルギーと、系内の分子間の相互作用から生じるすべての位置エネルギーの合計です。熱が環境から系に流れ込む場合（系がエネルギーを受け取る場合）、系のエネルギーは増加します。逆に、系が環境に対して仕事をする場合（系がエネルギーを放出する場合）、系のエネルギーは減少します。
エネルギー保存の法則に基づくと、システム内の内部エネルギーの変化は、システムに加えられた熱（システムがエネルギーを受け取る）からシステムが行った仕事（システムがエネルギーを放出する）を差し引いたものになります。
ΔU = 内部エネルギー変化、Q = 熱、W = 仕事
内部エネルギーは系の微視的な量であるため、その値を直接知ることはできません。ただし、内部エネルギーの変化は、系に加えられたエネルギーと、系から熱や仕事の形で放出されたエネルギーを通して知ることができます。一方、温度（T）、圧力（p）、体積（V）、質量（m）、あるいはモル数（n）といった巨視的な量は既知です。
熱と仕事は、システムと環境間のエネルギー伝達プロセスにのみ関与する量であり、システムの状態を表す量ではありません。
熱量（Q）と仕事量（W）の符号規則
熱と仕事の符号規則は、熱力学第一法則の式に合わせて調整されます。上記の式における熱（Q）は、系に加えられる熱（Qは正）であり、仕事（W）は、系が行う仕事（Wは正）です。熱が系から放出される場合、Qは負になります。系に対して仕事が行われる場合、Wは負になります。
例1：
系に2000ジュールの熱が加えられ、同時に系が1000ジュールの仕事をした場合、系の内部エネルギーはどれだけ変化しますか？
解決策
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 ジュール。
システムは2000ジュールの熱を吸収し（システムがエネルギーを受け取る）、同時に1000ジュールの仕事を行う（システムがエネルギーを放出する）。システムのエネルギー変化は1000ジュールである。
例2：
系から2000ジュールの熱が放出される。系は1000ジュールの仕事を行う。系の内部エネルギー変化を計算せよ。
解決策
システムが熱を放出する場合、Qは負の値となる。
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 ジュール。
このシステムは2000ジュールの熱を放出します。また、システムは1000ジュールの仕事（エネルギー放出）を行います。したがって、システムの内部エネルギーは3000ジュール減少します。
例3：
系に2000ジュールの熱が加えられ、系に対して1000ジュールの仕事が行われた。系の内部エネルギーの変化を計算せよ。
解決策
システムに対して作業が行われたため、Wは負の値となる。
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 ジュール。
システムの内部エネルギーは3000ジュール増加する。
