实质

能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。它指出: 自然界中的一切物质都具有能量， 能量不可能被创造， 也不可能被消灭； 但能量可以从一种形态转变为另一种形态， 且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。

热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用， 它确定了热力过程中热力系与外界进行能量交换时， 各种形态能量数量上的守恒关系。

我们知道， 运动是物质的属性， 能量是物质运动的度量。分子运动学说阐明了热能是组成物质的分子、原子等微粒的杂乱运动———热运动的能量。既然热能和其他形态的能量都是物质的运动， 那么热能和其他形态的能量可以相互转换， 并在转化时能量守恒完全是理所当然的。

热力学第一定律是人类在实践中累积的经验总结， 它不能用数学或其他的理论来证明， 但第一类永动机迄今仍未造成以及由第一定律所得出的一切推论都与实际经验相符合等事实， 可以充分说明它的正确性。

基本内容

能量是永恒的，他不会被谁制造出来，也不会被谁消灭。但是热能可以给动能提供动力，而动能还能够再转化成热能。

表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态

或

式中：

这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量

微积分表达式

热力学第一定律的能量方程式就是系统变化过程中的能量平衡方程式， 是分析状态变化过程的根本方程式。它可以从系统在状态变化过程中各项能量的变化和它们的总量守恒这一原则推出。把热力学第一定律的原则应用于系统中的能量变化时可写成如下形式：

进入系统的能量- 离开系统的能量= 系统中储存能量的增加

上式是系统能量平衡的基本表达式， 任何系统、任何过程均可据此原则建立其平衡式。对于闭口系统， 进入和离开系统的能量只包括热量和作功两项；对于开口系统， 因有物质进出分界面， 所以进入系统的能量和离开系统的能量除以上两项外， 还有随同物质带进、带出系统的能量。

由于这些区别， 热力学第一定律应用于不同热力系统时， 可得不同的能量方程。

对于一个微元过程， 第一定律解析式的微积分形式是：

热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背了能量守恒定律。