termodynamiikan lakeja ovat petollisen yksinkertainen, mutta ne ovat kauaskantoisia seurauksia. Ensimmäisessä laissa vakuutetaan, että jos lämpö tunnustetaan energiamuodoksi, säilytetään systeemin kokonaisenergia ympäristöineen; toisin sanoen maailmankaikkeuden kokonaisenergia pysyy vakiona.
ensimmäinen laki pannaan toimeen harkitsemalla energian virtausta rajan yli, joka erottaa järjestelmän ympäristöstään., Ajatellaanpa klassista esimerkkiä kaasupulloon suljetusta kaasusta, jossa on liikuteltava mäntä. Seinät sylinteri toimia rajan, joka erottaa kaasun sisällä maailman ulkopuolella, ja liikkuva mäntä mekanismi kaasun tehdä työtä laajentamalla vastaan voima, jolla mäntä (oletettu frictionless) paikalleen. Jos kaasua ei työ W, kun se laajenee, ja/tai imee lämpöä Q ympäristöstään seinien läpi sylinterin, niin tämä vastaa net virtauksen energia-W − Q yli rajan ympäristössä., Kokonaisenergian U säilyttämiseksi kaasun sisäisessä energiassa on oltava vastapainomuutos ΔU = Q − W (1). Ensimmäinen laki tarjoaa eräänlaisen tiukan energiakirjanpitojärjestelmän, jossa ENERGIATILIN (ΔU) muutos vastaa talletusten (Q) ja nostojen (W) erotusta.
on merkittävä ero ΔU: n ja siihen liittyvien energiamäärien Q ja W välillä., Koska sisäinen energia U on ominaista kokonaan määriä (tai parametrit), joka yksikäsitteisesti määrittää järjestelmän tilasta tasapainotilassa, se on sanottu olevan valtion tehtävä siten, että mahdolliset muutokset energia määräytyy kokonaan ensimmäisen (i) ja lopullinen (f) jäsenvaltioiden järjestelmä: ΔU = Uf − Ui. Q ja W eivät kuitenkaan ole valtion toimintoja. Aivan kuten esimerkiksi murtumisesta ilmapallo, kaasu sisällä voi tehdä lainkaan töitä tehdessään lopullisen laajennetussa tilassa, tai se voi tehdä suurin työ laajentamalla sisällä on sylinteri, jossa liikkuva mäntä saavuttaa sama lopullinen tila., Tarvitaan vain, että energian muutos (ΔU) pysyy samana. Vastaavasti saman muutoksen pankkitilillä voisi saada aikaan monilla erilaisilla talletusten ja nostojen yhdistelmillä. Näin, Q ja W eivät ole valtion toimintoja, koska niiden arvot riippuvat erityisesti prosessi (tai polku), joka yhdistää saman alkuperäisen ja lopullisen toteaa. Aivan kuten se on mielekkäämpää puhua tasapaino on pankki-tilille kuin sen talletuksen tai noston sisältöä, se on vain mielekästä puhua sisäinen energia järjestelmä, eikä sen lämpöä tai työn sisältöä.,
muodollinen matemaattinen näkökulmasta, inkrementaalinen muutos dU sisäinen energia on tarkka ero (ks differentiaaliyhtälön), kun vastaava määrällisiä muutoksia d’Q ja d ’ W lämpöä ja työtä ei, koska the definite integrals, nämä määrät ovat polku-riippuvainen. Näitä käsitteitä voidaan käyttää hyödyksi termodynamiikan täsmällisessä matemaattisessa muotoilussa (KS.alla termodynaamiset ominaisuudet ja suhteet).,
Lämmön moottorit
klassinen esimerkki lämpö moottori on höyrykone, vaikka kaikki nykyaikaiset moottorit noudattavat samoja periaatteita. Höyrykoneet toimivat syklinen muoti, mäntä liikkuu ylös ja alas kerran jokaisen syklin aikana. Kuuma korkeapainehöyry pääsee sylinteriin jokaisen syklin ensimmäisellä puoliskolla, ja sen jälkeen se pääsee karkaamaan uudelleen toisella puoliskolla. Kokonaisvaikutus on otettava lämpöä Q1 syntyy polttamalla polttoainetta, jotta höyry, muuntaa osa sen tehdä työtä, ja pakokaasujen jäljellä lämpöä Q2 ympäristöä matalammassa lämpötilassa., Absorboitunut nettolämpöenergia on tällöin Q = Q1-Q2. Koska moottori palaa alkuperäiseen tilaansa, sen sisäinen energia U ei muutu (ΔU = 0). Näin ollen termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan jokaisen täydellisen syklin työn on oltava W = Q1-Q2. Toisin sanoen, työtä jokaiselle täydellinen sykli on vain ero lämmön Q1 imeytyy moottorin korkea lämpötila ja lämpö Q2 loppuun alemmassa lämpötilassa. Termodynamiikan teho on se, että tämä johtopäätös on täysin riippumaton moottorin yksityiskohtaisesta toimintamekanismista., Se perustuu vain energian yleiseen säilyttämiseen, ja lämpöä pidetään energian muotona.
jotta säästää rahaa polttoaine-ja saastuta ympäristöä hukkalämpöä, moottorit on suunniteltu maksimoimaan muuntaminen imeytyy lämpöä Q1 osaksi hyödyllistä työtä ja minimoida jätteen lämpö Q2. Carnot-hyötysuhde (η) moottori on määritelty suhde W/Q1—eli murto-osa Q1, joka muunnetaan työtä., Koska W = Q1 − Q2, tehokkuus voidaan myös ilmaista muodossa 
(2)
Jos siellä ei ole hukkalämpöä ollenkaan, niin Q2 = 0 ja η = 1, mikä vastaa 100 prosentin hyötysuhde. Vaikka moottorin kitkan vähentäminen vähentää hukkalämpöä, sitä ei voida koskaan poistaa; siksi on olemassa raja sille, kuinka pieni Q2 voi olla ja miten suuri hyötysuhde voi olla. Tämä rajoitus on perustavanlaatuinen luonnonlaki-itse asiassa termodynamiikan toinen laki (KS.alla).