热物理学
热、功与内能
在等压和等容过程中检验第一定律 ΔU = Q − W，其中 W 表示气体对外做功。 测量热量、气体做功和内能变化，并检验 .
⚠ 气体与热交换模型为虚拟内容；真实设备可能高温高压，须由指导人员监督。
器材
- 活塞可自由移动或锁定的理想气体气缸
- 体积 V 与每次热量 Q 滑块，以及 Q、W、ΔU 图表
实验步骤
比较等压与等容过程
选择“等压（活塞自由）”，用 V 滑块设定初始体积，再用 Q 加热，观察活塞移动及图中累积量。重置后选择“等容（活塞锁定）”，输入相同的 Q：体积不变，因此气体不做边界功，热量转化为内能增加。 将观察到的量与下式比较： .
计算内能变化
记录等压模式图表中的 Q 和功 W，检验公式 。再在 W = 0 的等容模式重复操作，比较传入热量对内能的影响。
比较累积量
每次实验前重置，只改变过程模式并保持 Q 相同。读取体积变化、功和内能，并根据活塞是否移动或锁定解释差异。 将观察到的量与下式比较： .
模拟
实验历史
热力学第一定律形成于十九世纪，当时科学家试图用一个守恒原理统一描述热与功。詹姆斯·普雷斯科特·焦耳让重物下落带动搅拌器搅动水，测量水温升高，证明机械功能够按确定比例转化为热。这些实验推动人们放弃把热视为独立守恒物质的旧观点。
鲁道夫·克劳修斯在1850年系统阐述了这一原理，指出热和功都会改变系统的内能。此处采用的约定是气体吸热时 Q 为正、气体对外做功时 W 为正，因此 ΔU = Q − W。功的符号约定并非处处相同，所以比较等压和等容过程时必须先说明约定。该定律强调能量只是在系统和环境之间转移或改变形式，并不会凭空产生或消失。比较活塞移动与固定两种情形，可以看出输入热量如何分配为对外做功和内能增加，也说明明确符号约定对核对实验记录至关重要。热量和功因此被视为能量传递的方式，而内能则描述系统状态；这个区分是热力学建立统一记账方法的关键。
这一观点把机械功、热量和内能纳入同一能量收支，成为现代热力学的重要起点。焦耳的实验需要隔热容器、校准温度计并比较多次读数；这里的活塞过程是教学模型，不能等同于焦耳原来的搅拌实验。