化學原理啟迪212
1. 內能the internal energy（E）的定義：一個系統內所有粒子的動能與位能的總和。一個系統的內能可透過功、熱或二者改變。內能的定義：
ΔE＝q+w
注：ΔE代表系統的「內能變化」，q代表「熱能」，w代表做的「功」。
2. 熱力學的量值通常包含二個部分：數字number，指出改變幅度的大小；正負號sign，指出能量流動的方向。正負號反映的是系統的觀點（站在系統的角度，能量是流入還是流出）。
3. 舉例來說，如果有一定份量的能量以熱能的形式流入系統（吸熱反應過程），q就是+x，正號+代表系統的能量增加。相反地，當系統的能量透過熱能的方式流出（散熱反應過程）q等於－x，負號－代表系統的能量下降。
4. 同樣的原則適用於功的流動。如果系統對周遭環境作功（能量流出系統），w是負號－。如果是周遭對系統作功（能量流入系統），w是正號+。對所有熱力學的量能，我們都以系統的立場來定義功。所以q和w的符號能反映出系統發生什麼事了；因此系統的內能是ΔE＝q+w。
5. 這個章節所有的討論，我們一定都站在系統的觀點，但是現實世界有各式各樣的觀點，我們也同樣必須釐清。
6. 舉例來說，工程師設計引擎作功，也就是要把系統的能量轉換到周遭，對外作功（例如引擎讓怪手舉起砂石，就是對外作功。）因此工程師認為引擎有沒有作功，是從周遭環境觀點來看（怪手有舉起砂石，就是有作功；怪手秀逗沒辦法舉起砂石，就是沒作功。）
7. 在工程師的觀點，系統對外作功是「正號+」，因為周遭獲得了能量。因此在工程師的世界，熱力學第一定律是ΔE＝q－w’， w’代表從周遭觀點來看有沒有作功。（系統對外作功，能量流出，雖然從周遭的觀點有獲得能量，數值是正的，但是對系統來說是能量流失，必須換成負號，或減掉周遭獲得的能量，才是系統內的能量。）
8. 有一種利用化學反應去作功的常見方法是，利用氣體去作功（膨脹氣體）或是對氣體作功（壓縮氣體）。舉例來說，車子引擎透過汽油燃燒的熱擴張汽缸裡的氣體，推動活塞，而引擎的運轉接著轉移成為車子的運轉。
9. 假設有一份氣體被可移動的活塞，壓在圓柱體裡面，如下圖：
10. F是指加在活塞或活塞面上的力量。因為壓力的定義是每單位面積的力量，氣體的壓力是：P＝F/A
11. 功的定義是，推動活塞移動一定距離的力量，所以如果活塞移動的距離是Δh，如上圖，那麼功的大小是
｜功work｜＝｜力量force×距離distance｜＝｜F×Δh｜
12. 因為P＝F／A，或F=P×A，因此
｜功work｜＝｜F×Δh｜＝｜P×A×Δh｜
13. 因為圓柱體的體積，等於活塞的面積乘圓柱體的高度，活塞移動距離Δh造成的體積的改變ΔV
ΔV＝最終的體積－初始體積＝A×Δh
14. 把ΔV＝＝A×Δh代入功的強弱方程式，得到
｜功work｜＝｜P×A×Δh｜＝｜P×ΔV｜
特別留意，在功的強度方程式，容器的氣體擴張ΔV（正數）代表容器內的氣體對抗容器外的壓力P。
15. 那麼這個功的正負號是什麼？容器內的氣體擴張會推動幫浦對抗外在壓力。這時系統是對周遭作功，所以從系統的觀點，這個功應該是負號－、是流失能量給周遭。
16. 對系統來說，容器內的體積擴張ΔV是正數，因為體積增加了。但是對系統來說，系統本身不是增加作功（讓氣體粒子密度壓力變高），而是減少作功，所以應該是負的，所以ΔV和w彼此必須是正負相反的符號，因此得到以下的公式：
w＝－P×ΔV
17. 特別留意當氣體擴張（ΔV是正值+）對抗外在壓力P，w應該是負值－，因為功流出了系統。當氣體被壓縮，ΔV是負值－（體積下降），w應該是正值+（功流入系統）。
18. 【例題】有一個氣球，因為我們加熱氣球裡面的空氣，而使氣球膨脹飽滿。我們以熱的形式，加入1.3×108J的能量到氣球裡面的空氣，使得氣球的體積從4.00×106L變成4.50×106L。假設氣球膨脹對抗的是恆壓1.0atm。計算這個過程的內能變化ΔE。
19. 【解題】要計算出ΔE，我們必須使用內能公式
ΔE＝q+w
20. 從題目得知，我們對氣球內的氣體灌注1.3×108J的能量（以熱能的形式）
q＝+1.3×108J
21. 依據方程式計算氣球作的功
w＝－PΔV
22. 在這裡P=1.0atm（外在壓力）並且
ΔV＝ Vfinal－Vinitial
＝ 4.50×106L－4.00×106L
＝ 0.50×106L
＝5.0×105L
23. 因此
w＝－1.0 atm×5.0×105L＝－5.0×105L atm
特別留意，w是負數十分合理，因為氣體是膨脹，這是對周遭作功。
24. 為了計算出內能變化ΔE，我們必須把q和w加起來。但是因為q的單位是J，而w的單位是L atm，我們必須把功的單位變為焦耳J：
w＝－5.0×105L atm × 101.3J／L atm＝－5.1×107J
25. 因此
ΔE＝q+w＝（+1.3×108J）+（－5.1×107J）＝8×107J
26. 因為以熱的形式加到氣球裡面的能量，多餘氣球膨脹對外作的功，氣球內的氣體能量是淨增加的。因此ΔE是正數。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 內能the internal energy（E）的定義：一個系統內所有粒子的動能與位能的總和。一個人有多少「內能」？依據醫學研究，一般人只用到腦細胞的5％部分，95％棄而不用；人類當中的天才也不過是發揮整個腦部潛能的10％，換句話說，絕大多數人類都白白喪失了95％的潛能（內能）。
2. 為什麼人類的潛能無法充分地發揮？主因是好吃懶做、不好學、好逸惡勞、生活擺爛、學習軍公教的生活習慣。馬總統是哈佛法學畢業，回國已經三十幾年，為什麼台灣的「民主法治與人權保障」沒有超越美國？顯然最近三十年馬總統對於推動「法治與人權」大都在擺爛，沒有發揮他的所學。
3. 吳敦義一定不敢否認，他個人的品德不如陳樹菊，吳敦義也不敢否認行政院所有政務官的品德也沒有一個人超越證嚴法師或陳樹菊，為什麼？因為尸位素餐、好吃懶做、不願意犧牲自己的物質享受去照顧社會弱勢，錢都拿去投資房地產，浪費國家給他的栽培。人類的「品德內能」遠遠超過腦袋的「智商內能」，但是絕大多數的政客都會浪費99％的品德內能。
4. 當我們進行化學反應或做物理運動時，會使系統的內能產生變化，內能的變化展現在功和熱的變化上：ΔE＝q+w。當我們在這個社會上生活，與其他的人或組織產生互動，生命應該開始產生化學變化，陳樹菊將她每天生活絕大部分的所得無私地奉獻給社會，她生命的內能完全展現在對社會的貢獻（功），並且讓百姓對這個社會與未來充滿了希望與熱心（熱）。
5. 但是朱立倫、郝龍斌、江宜樺、陳裕璋、曾志朗、關中、陳冲、張慶忠、劉盛良、胡志強……，從他們的平常生活看不到對社會的實質貢獻，百姓也對這個政府與國家充滿了失望。權貴階級都不是社會典範，都不是台灣之光，這是社會大眾對未來沮喪的主因。
6. 我們是以「系統」為觀點，來看反應過程中「功」或「熱」是流入系統，還是流出系統。如果是流入系統，系統得到能量，那就用正號＋來說明，如果是流出系統，系統失去能量，那就用負號－來說明。
7. 政府每年都會招聘新的公務人員進入公家系統，政務官也經常輪替，無論如何，行政院各部會的「行政效率」都應該通過國際ISO認證，都應該超越新加坡，做不到就是貪腐，就是拿高薪不做事；軍公教拿高薪事情辦不好，也是貪腐；做錯事情，也是貪腐；什麼都不做，也是貪腐。
8. 為什麼內政部的「行政效率」無法通過國際ISO認證？江宜樺難辭其咎。為什麼勞委會的「行政效率」無法通過國際ISO認證？文官系統昏庸無能。為什麼衛生署的「行政效率」沒有辦法通過國際ISO認證？除了楊技正以外，其他人都是尸位素餐，陷害百姓吃塑化劑的兇手。換句話說，百姓繳很多稅金，結果公務人員流失了功。
9. 陳肇敏的薪水是百姓的納稅錢，他卻反過來拿著公權力嚴刑逼供、屈打成招弱勢百姓，如何解釋這種現象？百姓養了許多的寵物，希望能夠保障人民的幸福與人權，結果這一群寵物回過頭來咬百姓，還把人咬死，他們還要求18趴的退休金，這就是標準的「邪惡寵物」，而郝柏村、唐飛……等眾將官與陳肇敏等都是共犯結構，全部都是一群「邪惡寵物」。
10. 我們對於一個系統有沒有作功，是依據系統的觀點來看的。我們一般認為體積膨脹是增加、應該是正數，但對系統來說，體積膨脹卻是系統對外作功，流失了功，因此應該變成負數，所以功的方程式是：w＝－PΔV。
11. 有效率的政府應該是政府機關透過學術理論與電腦科技改善行政流程，並且讓組織結構愈來愈小，工作的人數愈來愈精簡，卻可以做愈來愈多、愈複雜的事情。
12. 但是馬政府剛好相反，大量聘用數萬名派遣工人，不但沒有辦法提高行政效率，還被外國評鑑機構認為行政效率倒退，因此絕大多數的公務人員都成為肥貓，好吃懶做，成為國家嚴重的財政負擔，等於間接壓榨平民百姓的生活品質。
13. 馬政府在選拔人才的時候，從來都沒有考慮那個人有沒有通過國際ISO認證的行政經驗，所以政務官各個變成僵屍，人民不抗議都不會主動做事；要求加薪卻不落人後，真是名符其實的「邪惡寵物」。
參考資料：
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