热力学是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科。其中热力学第一定律是普遍的能量守恒和转化定律在一切涉及宏观热现象过程中的具体表现，热力学第一定律数学表达式 △U=Q+W。△U内能的该变量、Q热量、W表示功。在△U=W+Q中，外界对物体做功时W为正的，物体对外界做功时W为负。

热力学第一定律表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。其推广和本质就是著名的能量守恒定律。

热力学第一定律符号法则：W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功。Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热。△U＞0，表示系统内能增加；△U＜0，表示内能减少。

热力学第一定律确认任何系统中存在单值的态函数——内能，孤立系统的内能恒定。一个物体的内能是当物体静止时，组成该物体的微观粒子无规则热运动动能以及它们之间的相互作用势能的总和。宏观定义内能的实验基础是系统在相同初终态间所做的绝热功数值都相等，与路径无关。由此可见，绝热过程中外界对系统所做的功只与系统的某个函数在初终态之间的改变有关，与路径无关，这个态函数就是内能。