能量守恒定律亦称能量转化与守恒定律，是指能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。定律的表达式为：
从上述可以看出，在没有外界干扰前提下，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
能量守恒定律是人类认识自然和利用自然的有力武器。人类从日常生活到科研技术，从物理化学到生物地质，从宇宙天体到原子核内部，从煤、石油开采利用到风能、水能、核能的利用，只要发生能量转化，就一定服从能量守恒的规律。能量守恒定律是最普遍、最重要、最可靠的自然界基本定律之一。在自然界中，一切物质都具有能量，能量有各种不同的表现形式，能量守恒定律是描述自然界普遍使用的定律，其以各种表达形式存在于自然界中。
能量守恒定律根据能量形式存在不同的系统中，其表达形式不同，主要系统包括保守力学系统、热力学系统、核力学系统等。其中，保守力学系统是在只有保守力做功（只有重力或系统内弹力做功）的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能/势能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律。热力学系统是能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律。核力学系统是在核聚变、核裂变过程中，产生大量能量的同时，有大量的粒子射出，所以物体的质量在减少。如果核聚变、核裂变的过程可逆，那么就需要大量的粒子和大量的能量来构成核聚变、核裂变的逆变过程。核聚变与核聚变逆变、核裂变与核裂变逆变之间，它们的能量是守恒、质量也是守恒。
2.热力学第一定律
（1）热力系统
热力系统是指人为分割出来的作为热力学分析的对象的有限物质系统，可简称系统。热力系统之外的物体称为外界，系统与外界的交界称为边界。热力系统的系统、边界和外界示意图见图2-3。
图2-3 热力系统示意图
热力系统可以任意选择，但根据热力系统与外界之间的能量和物质交换情况，热力系统可以分为不同的类型，经常使用的系统类型有闭口系统、开口系统、绝热系统和孤立系统。其中，闭口系统是一个热力系统若与外界没有物质交换，则称为闭口系统。闭口系统内质量保持恒定不变，也被称为控制质量。开口系统是一个热力系统若与外界既有物质交换也有能量交换，则称为开口系统。开口系统通常取某一划定的空间范围，因此也被称为控制容积。绝热系统是一个热力系统若与外界没有热量交换，则称为绝热系统。孤立系统是一个热力系统若与外界没有物质交换也没有能量交换，则称为孤立系统。
（2）热力学第一定律的表述
普遍的能量转化和守恒定律是一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现，热力学第一定律是对能量守恒的一种表述方式，其实质是能量转化与守恒定律在热力学中的应用，其可以表述为当热能与其他形式能量相互转换时，能量总量保持不变，即一个热力学系统的内能增量等于外界对它所做的功与外界向它传递的热量之和。其表达式：(www.xing528.com)
式中，符号收入为正，支出为负。内能增加，△U为正；内能减少，△U为负。外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。系统吸热，Q为正，系统放热，Q为负。
（3）热力学第一定律在闭口系统中的表达
表征热力学系统能量的是内能，做功和热传递是改变内的能的两种方式。通过做功和传热，系统与外界进行交换能量，使内能产生变化。热力学第一定律是能量守恒的体现，做功对应能量的转化（能量形式发生变化），热传递对应能量的转移（能量的形式不变），在转化和转移中，能量总量保持不变。
对于一个封闭系统，闭口系统示意图见图2-4，根据能量守恒定律，进入系统的热量Q应等于对外做的功W和系统热力学能U改变量的总和，其表达式为：
对于1kg工质，能量方程的表达式为：q=Δu+ω
将表达式微分，可得：
对于全部工质：
对于1kg工质：
若经历的是可逆过程，有：
图2-4 闭口系统示意图
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