termodynamikens love er bedragerisk enkle at angive, men de er vidtrækkende i deres konsekvenser. Den første lov hævder, at hvis varme anerkendes som en form for energi, bevares den samlede energi i et system plus dets omgivelser; med andre ord forbliver universets samlede energi konstant.
den første lov sættes i aktion ved at overveje strømmen af energi over grænsen, der adskiller et system fra dets omgivelser., Overvej det klassiske eksempel på en gas indesluttet i en cylinder med et bevægeligt stempel. Cylinderens vægge fungerer som grænsen, der adskiller gassen inde fra verden udenfor, og det bevægelige stempel tilvejebringer en mekanisme for gassen til at udføre arbejde ved at udvide mod kraften, der holder stemplet (antaget friktionsfri) på plads. Hvis gassen virker as, når den udvider sig, og/eller absorberer varme from fra omgivelserne gennem cylinderens vægge, svarer det til en nettostrøm af energi.−. over grænsen til omgivelserne., For at spare den samlede energi U skal der være en modbalanceringsændringuu=− -. (1) i gasens indre energi. Den første lov giver en slags streng energi regnskabssystem, hvor ændringen i energi konto (uu) er lig med forskellen mellem indskud ()) og udbetalinger (.).
Der er en vigtig sondring mellem mængdenuu og de tilhørende energimængder and og W.., Da den indre energi U er kendetegnet udelukkende af de mængder, der er (eller parametre), der entydigt bestemme tilstanden af systemet i ligevægt, det siges at være en stat, der fungerer sådan, at enhver ændring i energi bestemmes udelukkende af den oprindelige (jeg) og endelig (f) medlemsstaterne af systemet: ΔU = Uf − Ui. Q og and er dog ikke statslige funktioner. Ligesom i eksemplet med en sprængende ballon, kan gassen indeni slet ikke arbejde med at nå sin endelige udvidede tilstand, eller den kan gøre maksimalt arbejde ved at udvide sig inde i en cylinder med et bevægeligt stempel for at nå den samme endelige tilstand., Alt, hvad der kræves, er, at ændringen i energi (uu) forbliver den samme. Analogt, den samme ændring i ens bankkonto kunne opnås ved mange forskellige kombinationer af indskud og udbetalinger. Q og and er således ikke statsfunktioner, fordi deres værdier afhænger af den særlige proces (eller sti), der forbinder de samme indledende og endelige tilstande. Ligesom det er mere meningsfuldt at tale om saldoen på ens bankkonto end dens indbetalings-eller tilbagetrækningsindhold, er det kun meningsfuldt at tale om et systems interne energi og ikke dets varme-eller arbejdsindhold.,
Fra en formel matematisk synspunkt, den gradvise forandringer dU i den indre energi er en nøjagtige differentiale (se differentialligning), mens den tilsvarende gradvise ændringer d’Q og d’W i varme og arbejde er ikke, fordi de bestemte integraler af disse mængder er sti-afhængige. Disse begreber kan anvendes med stor fordel i en præcis matematisk formulering af termodynamik (se nedenfor termodynamiske egenskaber og relationer).,
varmemotorer
det klassiske eksempel på en varmemotor er en dampmotor, selvom alle moderne motorer følger de samme principper. Dampmotorer fungerer på en cyklisk måde, hvor stemplet bevæger sig op og ned en gang for hver cyklus. Varm højtryksdamp optages i cylinderen i første halvdel af hver cyklus, og så er det tilladt at undslippe igen i anden halvdel. Den samlede effekt er at tage varme11 genereret ved at brænde et brændstof for at lave damp, konvertere en del af det til at arbejde og udtømme den resterende varme22 til miljøet ved en lavere temperatur., Netto varmeenergi absorberes derefter = =11 -22. Da motoren vender tilbage til sin oprindelige tilstand, ændres dens indre energi U ikke (uu = 0). Ved den første lov om termodynamik skal arbejdet for hver komplet cyklus således være = = Q1-.2. Med andre ord er det arbejde, der udføres for hver komplet cyklus, kun forskellen mellem varmen11 absorberet af motoren ved en høj temperatur og varmen22 udtømt ved en lavere temperatur. Termodynamikens kraft er, at denne konklusion er fuldstændig uafhængig af motorens detaljerede arbejdsmekanisme., Den er kun afhængig af den samlede bevarelse af energi, med varme betragtes som en form for energi.
for at spare penge på brændstof og undgå forurening af miljøet med spildvarme er motorer designet til at maksimere omdannelsen af absorberet varme11 til nyttigt arbejde og for at minimere spildvarmen22. Carnot-effektiviteten (η) af en motor er defineret som forholdet W /11—dvs.den brøkdel af11, der omdannes til arbejde., Da efficiency =11 -22, kan effektiviteten også udtrykkes i form 
(2)
Hvis der overhovedet ikke var nogen spildvarme, Så22 = 0 og η = 1, svarende til 100 procent effektivitet. Mens reduktion af friktion i en motor reducerer spildvarme, kan den aldrig elimineres; derfor er der en grænse for, hvor lille22 kan være, og dermed hvor stor effektiviteten kan være. Denne begrænsning er en grundlæggende naturlov—faktisk termodynamikens anden lov (se nedenfor).