Формулировка и математическое выражение первого закона

Первый закон термодинамики по своему существу является законом сохранения и превращения энергии. Он гласит:

«Если к системе подводится определенное количество энергии в форме теплоты Q, то часть этой энергии расходуется на изменение внутренней энергии системы DU, а часть – на совершение работы А. Энергия может превращаться из одного вида в другой, но не может возникать или исчезать».

Необходимо отметить, что DU не зависит от пути перехода системы из начального состояния в конечное, т.е. внутренняя энергия является функцией состояния системы. Справедливость этого утверждения доказывается следующим образом.

Предположим, что в состоянии (1) внутренняя энергия системы U₁. Из этого состояния система переходит в состояние (2), в котором ее внутренняя энергия равна U₂.

Такой переход можно осуществить различными путями (рис.1).

При переходе системы из состояния (1) в состояние (2) по первому пути изменение внутренней энергии системы обозначим через DU_I, а по второму пути – через DU_II. Согласно первому началу термодинамики DU_I = DU_II; если бы это равенство не соблюдалось, и, например, DU_I было бы больше DU_II, то переводя систему последовательно из (1) в состояние (2) по пути I и обратно по пути II, можно было бы получить энергию из ничего.

В отличие от DU величина Q и А в общем случае зависят от пути процесса.