ミライくん、今日は「エネルギーの家計簿」について話をしようか。

ははは、そうだね。でも、これから話す「熱力学第一法則」という難しい名前のルールは、実はお金のやり取りとそっくりなんだ。例えば、ミライくんが貯金箱を持っているとしよう。

その貯金箱の中身を増やす方法は二つある。一つは、誰かからお小遣いとしてお金を「もらう」こと。もう一つは、自分でアルバイトなどをしてお金を「稼ぐ」ことだね。

その通り。中身を「ピストンに入った空気」だと考えてごらん。この空気の「元気の良さ（温度）」を、物理では「内部エネルギー」と呼ぶんだ。この貯金（内部エネルギー）を増やすには、外から火で炙って熱を「もらう」か、あるいはピストンをギュッと押し込んで外から仕事を「してあげる」か、どちらかが必要なんだよ。

正解だ。逆に、中にある空気が外に向かってピストンを押し返して「仕事をする」と、その分だけ貯金は減ってしまう。つまり、熱力学第一法則というのは「もらった熱量 ＝ 増えた貯金（内部エネルギーの変化） ＋ 外へやった仕事」という、ただの足し算・引き算のルールなんだ。

完璧な理解だよ。このとき、貯まった「７０」の分だけ、空気の温度が上がるんだ。逆に、もし「１００」の熱をもらったのに、無理やり外から「５０」の力で押し込まれた（仕事をされた）としたら、貯金はどうなるかな？

そうなんだ！だから、自転車の空気入れをシュコシュコ使っていると、本体が熱くなるだろう？あれは外から仕事をされたことで、中の空気の内部エネルギーが急増して温度が上がった証拠なんだよ。

摩擦もあるけれど、空気が圧縮されることによるエネルギー増加の影響は大きいんだ。じゃあ、今度は逆に「熱をもらっていない（断熱）」状態で、空気が勝手に膨らんだらどうなると思う？

その通り！貯金が減るということは、温度が下がるということだ。スプレー缶をシューッと使い続けると、缶が冷たくなるよね。あれは中のガスが外に飛び出すときに、自分自身のエネルギーを使って仕事をしたから、自分の温度が下がってしまったんだ。これを「断熱膨張」と呼ぶよ。

そうだね。一番の混乱ポイントは「プラスとマイナス」なんだ。「仕事をした」のか「仕事をされた」のか。これを「お金を使った」のか「お金を稼いだ」のかに置き換えて考えれば、もう迷うことはないよ。

その意気だね。この「エネルギーは形を変えても、その合計は変わらない」という考え方は、宇宙全体のルールでもあるんだよ。