Первый закон термодинамики. Из закона сохранения энергии следует

Полученное выражение для закрытой системы может быть прочитано следующим образом: теплота, подведённая к системе, расходуется только на изменение её внутренней энергии и совершение работы.

Или в дифференциальной форме:

(I, 9)

Приведенное выше утверждение, связанное с уравнениями (I, 4) и (I, 7), служит формулировкой первого закона термодинамики (в сочетании с уравнением (I, 2), дающим количественное определение внутренней энергии).

Первое начало термодинамики является количественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к процессам, связанным с превращениями теплоты и работы.

Еще одна формулировка первого закона термодинамики может быть получена из выражения (I, 3). В изолированной системе d Q = 0 и d W = 0, тогда и dU = 0; следовательно, при любых процессах, протекающих в изолированной системе:

U = const (I, 10)

т. е. внутренняя энергия изолированной системы постоянна. Эта формулировка первого закона термодинамики есть примененное к конкретным условиям и конечным системам количественное выражение общего закона сохранения энергии, в соответствии с которым энергия не создаётся и не исчезает.

Следует отметить, что первый закон термодинамики не даёт возможности найти полное значение внутренней энергии системы в каком-либо состоянии, так как уравнения, выражающие первый закон, приводят к вычислению только изменения энергии системы в различных процессах. Точно так же нельзя непосредственно измерить изменение внутренней энергии в макроскопических процессах; можно лишь вычислить это изменение с помощью уравнения (I, 5), учитывая измеримые величины — теплоту и работу данного процесса.

Отметим, что теплота и работа (каждая в отдельности) не обладают свойством функции состояния, выражаемым уравнением (I, 4) или (I, 7) и присущим внутренней энергии. Теплота и работа процесса, переводящего систему из состояния 1 в состояние 2, зависят в общем случае от пути процесса и величины δ Q и δ W не являются дифференциалами функции состояния, а суть просто бесконечно малые величины, которые мы будем называть элементарной теплотой и элементарной работой. Однако, как следует из первого закона термодинамики, их разность не зависит от пути процесса и равна дифференциалу функции состояния dU.

Таким образом, дифференциал внутренней энергии dU имеет иные математические свойства, чем элементарные теплота d Q и работа d W. Это имеет существенное значение при построении системы термодинамики.