A
energia de um
sistema termodinâmico, composto por um grande número de partículas tais como
íons,
moléculas,
átomos ou mesmo
fótons, pode ser decomposta em três partes:
- As energias cinéticas atreladas ao movimento de todo o sistema e ao movimento das partículas que o constituem.
- As energias potenciais do sistema devidas às interações com o ambiente externo (expressas via campos gravitacionais, elétricos ou magnéticos), e devidas às interações internas entre as moléculas, íons, átomos, elétrons, núcleos, núcleons e demais elementos que constituem esse sistema.
- As energias de campos radiantes confinados pelas fronteiras do sistema, tipicamente as energias de fótons térmicos confinados.
Existem, portanto, dois níveis de escala para a energia total do sistema:
- Nível macroscópico, sensível aos sentidos, ou seja, definido em escala humana ou superior, abarcando a energia cinética macroscópica do sistema quando em movimento em relação a um referencial inercial à parte dele, e as energias potenciais do sistema quando imerso em campos gravitacional, elétrico ou magnético macroscopicamente estabelecidos por fontes externas.
- Nível microscópico, inacessível aos nossos sentidos, abarcando a soma das energias cinéticas das partículas constituintes - atrelada ao movimento térmico destas; as energias potenciais de todas as interações entre tais partículas microscópicas, com destaque para a elétrica no caso das energias nas ligações químicas (energia química) e para a nuclear no caso das energias de interação entre núcleons (energia nuclear); e a soma das energias das partículas de campo confinadas.
A
energia interna de um sistema termodinâmico (semi)clássico - onde massa e energia são tratadas como grandezas não relacionadas - corresponde à soma das suas energias microscópicas.