Первый закон термодинамики является законом сохранения и превращения энергии в термодинамических процессах.
Он установлен в результате опытов и наблюдений на протяжении многих веков и подтверждается всеми ними без исключения.
Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия постоянна, а меняется только ее внутренняя энергия. В предыдущем параграфе мы видели, что внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить, сделав над системой работу или с помощью теплообмена. В общем случае изменение внутренней энергии может происходить одновременно при действии обоих названных факторов.
Предположим, что термодинамическая система (газ, помещенный в цилиндр под поршнем), имела внутреннюю энергией U1, получила определенное количество теплоты Q и, переходя в новое состояние, характеризующееся внутренней энергией U2, совершила работу и над внешней средой, то есть против внешних сил. Количество теплоты положительная, когда она встает в систему, а работа положительна, когда система осуществляет ее против внешних сил. Согласно закону сохранения энергии при любом способе перехода системы из первого состояния во второй изменение внутренней энергии: U = U2 - U1 будет одинаковой и равной разности между количеством теплоты Q, полученной системой и работой А, совершенной системой против внешних сил.