La energía interna (U) es una medida macroscópica de las energías molecular, atómica y subatómica, todas las cuales obedecen reglas de conservación microscópicas definidas para los sistemas dinámicos. Dado que no existen instrumentos capaces de medir la energía interna directamente a una escala macroscópica, esta energía debe calcularse a partir de ciertas otras variables que sí pueden medirse macroscópicamente como la presión, el volumen, la temperatura y la composición.
Para calcular la energía interna por unidad de masa (U) a partir de las variables que pueden medirse aprovechamos una propiedad especial de la energía interna, a saber, que es un diferencial exacto (porque se trata de una propiedad punto o de estado, tema que trataremos en breve) y, en el caso de un componente puro se puede expresar en términos de sólo dos variables intensivas, de acuerdo con la regla de las fases para una sola fase:
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