Теплота, получаемая системой, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на работу этой системы против внешних сил.

При бесконечно малом изменении состояния системы уравнение первого начала термодинамики можно записать в дифференциальной форме

(1.5а)

Внутренняя энергия является функцией состояния системы, поэтому изменение ее будет полным дифференциалом, что отражено в обозначении . Теплота и работа не являются функциями состояния, они зависят от процесса перехода системы из одного состояния в другое. Поэтому величины и не являются полными дифференциалами, их следует рассматривать не как изменение, а как элементарное количество теплоты и элементарную работу.

Первое начало термодинамики является выражением одного из основных законов природы – закона сохранения и превращения энергии. Первое начало термодинамики, кроме приведенной выше, имеет и такую формулировку:

Нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы работу без подвода энергии извне, или совершал бы работу большую, чем количество сообщенной ему извне энергии (вечный двигатель первого рода невозможен).

С учетом формул (1.1) и (1.5) первое начало термодинамики можно записать в виде

(1.5б)