Перший закон термодинаміки виражає закон збереження і перетворення енергії в застосуванні до теплових процесів.
Дослiд показує, що вiдповiдно до закону эбереження енергiї при довiльному способi переходу системи з першого стану у другий змiна внугрiшньої енергiї, дорiвнюватиме рiзницi мiж кількiстю теплоти, отриманою системою, i роботою А, яка виконана системою проти зовнiшнiх сил:
U2 – U1= Q - А або Q = ( U2 – U1) + A. (2.20)
Це рiвняння є математичним виразом першого закону термодинамiки:
теплота, надана системі, витрачається на збiльшення її внутрiшньої енергiї i на виконання системою роботи проти зовнішніх сил.
Вираз для першого закону термодинамiки для малої змiни стану системи матиме вигляд:
dQ= dU + dА (2.21)
або в коректнiшiй формi
, (2.22)
де dU — нескiнченно мала змiна внутрiшньої енергiї системи, — нескiнченно мала робота, — нескiнченно мала кiлькiсть теплоти. У цьому виразi dU є головним диференцiалом, а i такими не є. Внутрішня енергія системи U є функція стану , а кількість теплоти Q і виконана робота A не є функціями стану.
Дуже важливим є випадок, коли система — це перiодично дiюча машина. Робота, що виконується машиною за один цикл, дорiвнює пiдведенiй ззовнi теплотi . Цей висновок дає змогу сформулювати перший закон термодинамiки так: неможливо побудувати перiодично дiючий двигун, який виконував би роботу без пiдведення енергiї ззовнi або виконував би роботу бiльшу, нiж кiлькість переданої йому ззовнi енергii (вiчний двигун першого роду неможливий).