La primera ley de la termodinámica es la manifestación concreta de la ley universal de conservación y transformación de la energía en todos los procesos que involucran fenómenos térmicos macroscópicos. La primera ley de la termodinámica confirma que en cualquier proceso, el calor absorbido por el sistema del medio circundante, el trabajo realizado sobre el medio y el aumento de energía interna del sistema se conservan cuantitativamente.
La primera ley de la termodinámica confirma que existe una función de estado de un solo valor (energía interna) en cualquier sistema, y que la energía interna de un sistema aislado es constante. La energía interna de un objeto es la suma de la energía cinética del movimiento térmico irregular de las partículas microscópicas que componen el objeto y la energía potencial de las interacciones entre ellas cuando el objeto está en reposo. La base experimental para la definición macroscópica de energía interna es que el trabajo adiabático realizado por el sistema entre los mismos estados inicial y final es igual, independientemente del camino. Se puede ver que el trabajo realizado por el mundo exterior sobre el sistema durante el proceso adiabático solo está relacionado con el cambio de una determinada función del sistema entre los estados inicial y final, y no tiene nada que ver con la trayectoria. Esta función de estado es energía interna. Puede definirse por el trabajo adiabático As realizado por el sistema hacia el mundo exterior: U2-U1=-As El signo negativo en la fórmula indica que el trabajo realizado fuera es trabajo positivo. La unidad de trabajo es julio. En un proceso de transferencia de calor puro, el calor y su valor se pueden definir por el cambio en la energía interna del sistema, es decir, Q=U2-U1. Aquí, la absorción de calor del sistema se define como positiva (Q es. mayor que 0). La unidad de calor también es el julio.
En términos generales, la primera ley de la termodinámica se puede expresar como: el sistema parte del estado inicial y llega al estado final mediante cualquier proceso. El incremento de energía interna ΔU es igual al calor Q y al. Calor transferido al sistema desde el mundo exterior durante este proceso. La diferencia en el trabajo externo realizado por el sistema. La expresión matemática se puede escribir como:
ΔU=U2-U1=Q-A o Q=ΔU+A
Se estipula que el sistema absorbe calor Q>0 y el sistema libera calor Q <0; el sistema realiza un trabajo externo A>0, y el sistema externo realiza un trabajo A<0, el sistema puede aumentar ΔU>0 y el sistema puede disminuir ΔU<0; Aplicando la fórmula anterior al proceso de microelementos que ocurre entre dos estados con diferencias infinitesimales, podemos obtener la forma diferencial de la primera ley de la termodinámica:
δQ=dU+δA
dU en la fórmula es el diferencial total de la energía interna; δQ y δA representan respectivamente el microcalor transferido en el proceso del microelemento y el microtrabajo realizado externamente, y no son completamente diferenciales.
La primera ley de la termodinámica también se puede expresar como el primer tipo de máquina de movimiento perpetuo (una máquina que puede realizar un trabajo de forma continua y automática sin consumir combustible ni energía) no se puede lograr. Cuando el sistema está abierto, no sólo hay interacciones térmicas y mecánicas entre él y el medio, sino también intercambio de materia. Entonces la expresión de la primera ley de la termodinámica también debería sumar un incremento o resta de energía causada por el intercambio de materia.