این اصل که به عنوان قانون اول ترمودینامیک شناخته می شود،
یکی از قوی ترین اصول علمی است
به حدی در تاریخ این اصل علمی، قدرتمند ظاهر شده است که
امانوئل کانت، فیلسوف مشهور آلمانی آنرا یک اصل پیش از تجربه میدانست،
یعنی شبیه قوانین ریاضی بی نیاز و مستقل ازتجربه.
فیلسوفان یونان باستان همچون تالس
و امپدوکلس اشاراتی فلسفی به قانون پایستگی داشته اند.
در قرن شانزدهم، گالیله از طریق حرکت آونگ که
انرژی پتانسیل آن به جنبشی و برعکس تبدیل میشود،
اشاره کوچکی به این موضوع داشته است.
در اواخر همان قرن، لایبنیتز آلمانی اولین تلاش را برای
فرموله کردن پایستگی انرژی جنبشی در غیاب اصطکاک انجام داد.
در همان زمان قانون بقای تکانه (مومنتوم)
حتی با وجود اصطکاک کاربردی شده بود.
به زودی مهندسین و شیمیدانها به این نتیجه رسیدند که
قانون مومنتوم برای محاسبات عملی کافی نیست.
از طرفی فرمول لایبنیتز هم در عمل کارایی چندانی نداشت
چون اصطکاک معمولا همه جا بود و انرژی جنبشی گم می شد!
پس از کش و قوسهای زیاد سرانجام در سال ۱۸۳۸
کارل فریدریش موهر اولین دکترین پایستگی انرژی را بیان کرد که
در آن به کلمه فیزیکی کرافت (انرژی یا کار) اشاره شده است،
وی ادامه میدهد که بسته به شرایط، انرژی میتواند
به صورت حرکت ، میل ترکیبی شیمیایی، جاذبه، الکتریسیته،
نور و مغناطیس ظاهر شده و از یک شکل به اشکال دیگر در آید.
با تلاش دانشمندانی از جمله ژول گرما نیز وارد معادله
و صورتی از انرژی شد.
در سال ۱۸۵۰ ویلیام رنکین اسکاتلندی برای اولین بار
از عبارت ” قانون بقای انرژی” استفاده کرد.
فرآیند رسیدن به این قانون در مفهوم ترمودینامیک نیز
نتیجه نیم قرن تلاش و سعی و خطا بوده است.
با این وجود معنای علمی آن با تلاش دانشمندانی همچون
ویلیام رانکین ، جرمان هس روسی، جولیوس مایر آلمانی
و از همه مهم تر کلازیوس آلمانی به بار نشست.
امروزه پایستگی انرژی به عنوان
قانون اول ترمودینامیک شناخته میشود :
انرژی یک سیستم منزوی ثابت است.
قانون پایستگی انرژی می‌گوید که
مقدارانرژی در یک سیستم تک‌افتاده (ایزوله، منزوی) ثابت میماند.
پیامد این قانون این است، کهپ
انرژی از بین نمی رود و به وجود نمی‌آید.
تنها چیزی که در سیستم تک‌افتاده رخ میدهد،
تبدیل شکل انرژی است؛
مثلاً انرژی جنبشی به انرژی گرمایی تبدیل میشود.
از آن‌جا که در نظریهٔ نسبیت خاصانرژی و جرمبه هم وابسته‌اند،
پایستگی انرژی در حالت کلی می‌گوید که
مجموع انرژی و جرم یک سیستم تک‌افتاده پایسته است.
پیامد دیگر این قانون این است که
ماشین حرکت دائمی تنها هنگامی کار میکند
که هیچ انرژی به پیرامون خود ندهد.
اگر انرژی که دستگاه به پیرامون خود میدهد
بیشتر از انرژی باشد که میگیرد و جرم دستگاه هم ثابت بماند،
چنین دستگاهی نمیتواند برای همیشه کار کند..
به عبارت دیگر انرژی کل E یک سیستم
حاصل جمع
انرژی مکانیکی، انرژی گرمایی و هر نوع دیگر از انرژی گرمایی است
فقط در صورتی تغییر میکند که مقداری انرژی از یا به آن منتقل شود.
بنابراین اگر کار W روی سیستم انجام شود، خواهیم داشت
که در آن ΔEmec تغییرات انرژی مکانیکی،
ΔEth تغییرات انرژی گرمایی
و ΔEint تغییرات انواع دیگر انرژیهای داخلی سیستم است.
هر چند اصل پایستگی انرژی جنبشی بعلاوه
انرژی پتانسیل (انرژی مکانیکی ) غالبا مفید است،
اما این اصل در واقع حالت محدودی از اصل کلی بقای انرژی است.
انرژیهای جنبشی و پتانسیل تنها هنگامی بقا خواهند داشت که
نیروهای پایستار عمل میکنند، در صورتیکه انرژی کل همیشه بقا دارد.
با ظهور نسبیت انیشتین ،
در قوانین بقای فیزیک کلاسیک تجدید نظر کلی حاصل شد.
به عنوان مثال ،
قانون بقای اندازه حرکت خطی و قانون مطلق بودن فضا
در فیزیک کلاسیک به هم خورده و به جای آن کمیتی تعریف شد
و مربع فاصله است و همواره پایسته میماند.
قانون بقای انرژی نیز از این قاعده کلی مستثنی نبوده،
بر اساس این قانون ،
جرم به انرژی و بر عکس انرژی به جرم تبدیل میشود.
البته تمام این موارد در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور صورت میگیرد
و در سرعت‌های پائین قوانین بقای فیزیک کلاسیک به قوت خود باقی است.