Термодинамику формируют три основных закона (или Начала). Первый закон термодинамики формулируется следующим образом: «Невозможно создать вечный двигатель первого рода (perpetuum mobile), т.е. такой, который производил бы работу без каких-либо затрат энергии». В раскрытии этого закона важную роль сыграли работы Гесса, Майера, Джоуля, Гельмгольца и др. Из этого закона следует принцип эквивалентности между теплотой и работой. Математическая запись данного закона выражается следующими уравнениями:
Q=DU+W
dQ=dU+dW
Теплота, полученная системой (dQ; Q), расходуется на работу (dW; W), совершаемую системой и увеличение ее внутренней энергии (dU; DU). Из этих трех энергетических величин только внутренняя энергия является функцией состояния системы и поэтому однозначно определяется параметрами системы (т.е. она является полным дифференциалом).
Теплота и работа представляют собой формы передачи энергии и поэтому являются функциями процессов. Они не являются полными дифференциалами.
Работа делится на совершаемую против внешних сил, т.е. работу расширения
dWрас=PdV; Wрас=òPdV; W=-òVdP
и работу, не связанную с изменением объема, условно называемую ’’полезной’’ dW/,
W/= ådW/
Последняя может совершаться только при изменении состава системы.
Теплота зависит от теплоемкости системы (с) и температуры