封閉系統

與環境間只有能量交換而無物質交換的系統，被稱作封閉系統。 ^[1] 

假如一個只擁有一種粒子（原子或分子）的系統進行化學反應時，過程中所有種類的粒子都可以被生成或破壞。但是，封閉系統內的元素原子數目將會守恆。一般的相變模型也是在封閉系統中討論的，幾相共存時總的粒子數不變。

與外界既有物質交換，又有能量交換的系統會被視為開放系統。與環境間既無能量交換又無物質交換的系統則是隔離系統（isolated system）。 ^[1] 

事實上，自然界中一切事物總是相互關聯和相互影響的， ^[1]  有時把封閉系統和系統影響所及的環境一起作為隔離系統。

熱和功只有對封閉系統發生的過程才有明確的意義。熱和功的數量與過程密切相關，一旦過程結束，就談不上熱和功的存在，它們都不是狀態函數。這好比下雨是天空雲層中的水降落到地面的過程，當雨下落到河裏後，我們從來不説“河中有多少雨”，雨量針對降雨過程而言才有意義。 ^[2] 

對一靜止的封閉系統，在不考慮特殊的外力場（如離心力場、電磁場等）作用下，由始態（1）變化到終態（2），此變化可通過不同的過程來實現，實驗結果表明：各個過程所對應的W和Q的量值都可能不同，但各個過程的（Q+W）量值卻都相等。這説明在系統發生狀態變化後，一定存在着一個狀態函數的變化為ΔU，U稱為熱力學能個（thermodynamic energy）或內能（internal energy），單位為J。

ΔU=

=Q+W ①

若系統的狀態僅發生一無限小變化，則

dU=δQ+δW ②

①、②兩式為熱力學第一定律用於封閉系統的數學表達式，也適用於隔離系統，它們表明了熱力學能、熱和功之間轉化的定量關係。 ^[2]