热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。它表明能量不能被创造或者消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。在一个封闭的系统中，能量的总量是恒定的。热力学第一定律可以用以下数学表达式来描述：
\[ \Delta U = Q - W \]
其中：
\（ \Delta U \） 表示系统内能的变化量（通常用焦耳 [J] 来衡量）；
\（ Q \） 表示系统与外界之间交换的热量（如果系统吸收热量，Q为正；如果系统释放热量，Q为负）；
\（ W \） 表示系统对外做的功（如果系统对外做功，W为正；如果外界对系统做功，W为负）。
这个方程说明了系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。换句话说，系统内能的增加可以通过吸收热量或者外界对系统做功来实现，而系统内能的减少可以通过系统释放热量或者系统对外做功来实现。
热力学第一定律的应用非常广泛，适用于所有涉及热现象的宏观过程。它强调了能量转换和能量守恒的重要性，是分析解决问题的一个极为重要的方法。此外，热力学第一定律也宣告了第一类永动机的不可能性，即不存在一种机器能够不断地做功而无需任何燃料和动力。