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热力学第一定律是物理学中的基本定律之一，它是能量守恒定律在热力学过程中的具体体现。这个定律告诉我们，能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
热力学第一定律的数学表达式为：ΔU等于Q减去W。其中ΔU表示系统内能的变化量，Q表示系统从外界吸收的热量，W表示系统对外做的功。这个公式清楚地表明了内能变化与热量传递和功的转换之间的定量关系。
在热力学第一定律中，我们需要明确符号约定。当Q大于零时，表示系统从外界吸收热量；当Q小于零时，表示系统向外界放出热量。当W大于零时，表示系统对外界做功；当W小于零时，表示外界对系统做功。内能变化ΔU大于零表示内能增加，小于零表示内能减少。
让我们通过一个具体例子来理解热力学第一定律。假设有一个气体在气缸中膨胀，气体从外界吸收了500焦耳的热量，同时对外做功300焦耳。根据热力学第一定律，内能的变化等于吸收的热量减去对外做的功，即ΔU等于500减去300，等于200焦耳。这意味着气体的内能增加了200焦耳。
热力学第一定律具有重要的科学意义和实用价值。它确立了能量守恒原理在热力学过程中的地位，为热机效率计算提供了理论基础，揭示了热量、功和内能三者之间的定量关系，是整个热力学理论体系的基石之一。这个定律不仅在理论物理中占有重要地位，在工程技术领域也有广泛的应用。