Первое начало термодинамики - это закон сохранения энергии, универсальный, всеобщий закон природы в применении к тепловым процессам. Поэтому говорить о границах его применимости нельзя. Этих границ нет.
Первое начало термодинамики - это постулат. Постулат не может быть доказан логикой, не выводится из других положений. Истинность постулата подтверждается тем, что ни он и ни одно из его следствий не противоречит человеческому опыту.
Энергия неуничтожима и несотворима, она лишь переходит из одной формы в другую. Работа совершается только тогда, когда на это затрачивается соответствуюшая энергия.
Невозможность существования вечного двигателя первого рода, то есть устройства, совершающего работу без затраты энергии, - это одна из формулировок первого начала термодинамики.
Другая формулировка - полная энергия изолированной системы постоянна.
Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами, - совершая над ней работу или теплообменом с окружающей средой.
По первому началу термодинамики теплота, полученная системой, идёт на увеличение внутренней энергии системы и на совершение этой системой работы.
Примеры:
1) Изохорный процесс (V = const)
Так как работа расширения равна произведению давления и изменения объема, приращение внутренней энергии равно количеству теплоты, поглощенной при постоянном объеме.
2) Изотермический процесс (Т = const):
Получемая системой теплота расходуется на работу расширения газа. Внутренняя энергия системы не изменяется.
3) Изобарный процесс (Р = const):
Получаемая системой теплота расходуется на работу расширения газа и на изменение его внутренней энергии.
4) Адиабатический процесс (Q= 0):
Работа расширения совершается за счёт уменьшения внутренней энергии газа.
5) Плавление:
Получаемая системой теплота расходуется на разрушение связей между молекулами. Внутренняя энергия увеличивается.Оставшаяся часть теплоты расходуется на совершение работы по изменению объема тела при его плавлении.
6) Испарение:
Получаемая системой теплота расходуется на разрушение связей между молекулами. Молекулы вылетают из жидкости, преодолевая силы межмолекулярного притяжения. Средняя энергия молекул, остающихся в жидкости, уменьшается (температура жидкости понижается). Если испарение происходит при внешнем давлении, вещество, испаряясь, увеличивает объём и совершает работу расширения против внешнего давления.