1. Phát biểu :
Nguyên lý I là trường hợp riêng của định luật bảo toàn và biến thiên năng lượng trong các quá trình nhiệt động.
Độ biến thiên năng lượng toàn phần bằng với tổng công và niệt mà hệ nhận được trong quá trình
đó : ΔW = A + Q.
Như trên ta đã xem năng lượng toàn phần của hệ chất khí chính là nội năng của chất khí nên :
ΔU = A + Q.
A > 0 : hệ nhận công. A < 0 : hệ thực hiện công. Q > 0 : hệ thu nhiệt. Q > 0 : hệ tỏa nhiệt. ΔU > 0 : nội năng của hệ tăng ΔU < 0 : nội năng của hệ giảm.
Nếu A >0, Q > 0, ΔU >0: hệ nhận công, thu nhiệt và nội năng của hệ tăng. Nếu A < 0, Q <0, ΔU <0: hệ thực hiện công, tỏa nhiệt và nội năng của hệ giảm.
Nếu A = 0, Q = 0, ΔU = 0: hệ không trao đổi công nhiệt với bên ngoài và nội năng của hệđược bảo toàn.
* Đối với hệ cô lập: A = Q = 0
Vậy theo nguyên lý I : ΔU = 0 ⇒ U2 – U1 = 0 ⇒ U2 = U1. Vậy nội năng của hệ cô lập được bảo toàn : U = hs.
Nếu hệ cô lập gồm có 2 vật chỉ trao đổi nhiệt với nhau thì nhiệt lượng của vật tỏa ra bằng nhiệt lượng của vật thu vào.
* Đối với một hệ làm việc theo chu trình kín:
Sau khi kết thúc một chu trình thì nội năng của hệ trở lại trạng thái cũ nên : ΔU = 0. Do đó, A = - Q. Vậy A > 0 thì Q < 0: nghĩa là hệ nhận công bằng với lượng nhiệt tỏa ra bên ngoài và ngược lại A < 0 thì Q > 0 nghĩa là công mà hệ sinh ra bằng với nhiệt lượng mà hệ thu được.
3. Dạng vi phân của nguyên lý I: d
U = δQ + δA – Trong đó dU là độ biến đổi nội năng vi cấp và δQ, δA lần lượt là nhiệt lượng và công mà hệ nhận được trong quá trình đó.