在长期的生产实践和大量的科学实验基础上，人们逐步认识到物体系在运动和变化的过程中存在着一个量，它可以在不同物体之间转移以及各种运动形式之间转化，在数量上是守恒的，并由此确定了各种物质运动形式相互转化时的公共量度——功，这个量称为能量，它在各种物质运动形式相互转化过程中总量守恒.
热力学第一定律实际上就是能量转化和守恒定律：自然界一切物质都具有能量.能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中，能量的总量不变.
历史上曾有人试图制造一种机器，它不需要任何燃料和动力，就能不断对外输出功，这种机器称为第一类永动机.由能量转化和守恒定律可知制造第一类永动机是违背科学规律的幻想.因此，热力学第一定律还可表述为：第一类永动机是不可能造成的.
把讨论内能时所引入的绝热过程推广为一般的过程，系统状态的改变可以通过做功和传热两种方式来实现.设系统从状态A经历一个热力学过程达到状态B，在该过程中，系统从外界吸热Q，系统对外界做功A，系统内能增量为ΔE=EB-EA，根据能量转化与守恒定律有
式（8.3）为热力学第一定律的数学表达式.它表明，热力学系统无论经历什么过程从状态A 变到状态B，它从外界吸收的热量与外界对它做功之和必等于系统内能的增量.这里应当注意各个物理量符号的规定：系统从外界吸入热量为正，系统向外界放出热量为负；系统的内能增加为正，系统的内能减少为负；系统对外界做功为正，外界对系统做功为负.(www.xing528.com)
对于始末两态相差无限小的过程，式（8.3）可写成微分形式
这里E 是态函数，dE 是态函数E 关于状态参量的全微分，而Q、A是过程量，dQ 和dA 不是关于状态参量的全微分，而只是表示无限小量.
考虑式（8.1），式（8.4）可以改写为
式（8.3）、式（8.4）和式（8.5）都是热力学的基本方程，具有非常重要的地位.
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