a termodinamika törvényei megtévesztően egyszerűek, de következményekkel járnak. Az első törvény azt állítja, hogy ha a hőt energia formájaként ismerik el, akkor a rendszer teljes energiája, plusz a környezete megmarad; más szóval, az univerzum teljes energiája állandó marad.
az első törvényt úgy hajtják végre, hogy figyelembe veszik az energia áramlását a rendszer környezetétől elválasztó határon., Tekintsük a mozgatható dugattyúval ellátott hengerbe zárt gáz klasszikus példáját. A henger falai a gázt a külső világtól elválasztó határként működnek, a mozgatható dugattyú pedig olyan mechanizmust biztosít a gáz számára, amely a dugattyút (feltételezett súrlódás nélkül) a helyén tartó erővel bővül. Ha a gáz W-ban működik, ahogy tágul, és / vagy elnyeli a környezetéből származó Q hőt a henger falain keresztül, akkor ez megfelel a W − Q energia nettó áramlásának a határ mentén a környezet felé., Az U teljes energia megőrzése érdekében a gáz belső energiájában ellensúlyozó változásnak kell lennie ΔU = Q − W (1). Az első törvény egyfajta szigorú energiaelszámolási rendszert ír elő, amelyben az energiaszámla (ΔU) változása megegyezik a betétek (Q) és a kivonások (W) közötti különbséggel.
fontos különbség van a ΔU mennyiség és a kapcsolódó Q és W energiamennyiségek között., Mivel az U belső energiát teljes egészében azok a mennyiségek (vagy paraméterek) jellemzik, amelyek egyedülállóan meghatározzák a rendszer egyensúlyi állapotát, azt mondják, hogy olyan állapotfunkció, hogy az energia bármilyen változását teljes egészében a rendszer kezdeti (i) és végső (f) állapota határozza meg: ΔU = Uf − Ui. A Q és a W azonban nem állami függvények. Csakúgy, mint egy feltörő léggömb példáján, a belsejében lévő gáz egyáltalán nem működik a végső kibővített állapot elérésében, vagy maximális munkát végezhet úgy, hogy egy mozgatható dugattyúval ellátott henger belsejében kibővül, hogy elérje ugyanazt a végső állapotot., Mindössze annyit kell tennie, hogy az energia változása (ΔU) változatlan marad. Analógia útján a bankszámla azonos változása a betétek és kivonások különböző kombinációival érhető el. A Q és a W tehát nem állapotfüggvények, mivel értékeik az azonos kezdeti és végső állapotokat összekötő folyamattól (vagy útvonaltól) függenek. Csakúgy, mint a bankszámla egyenlegéről beszélni, mint a betét-vagy visszavonási tartalmáról, csak a rendszer belső energiájáról kell beszélni, nem pedig a hő-vagy munkatartalmáról.,
formális matematikai szempontból a belső energia inkrementális változása dU pontos differenciál (lásd differenciálegyenlet), míg a megfelelő inkrementális változások d ‘q és d’ W A hő és a munka során nem, mert ezeknek a mennyiségeknek a határozott integráljai útfüggőek. Ezek a fogalmak nagy előnyt jelenthetnek a termodinamika pontos matematikai megfogalmazásában (lásd alább a termodinamikai tulajdonságokat és kapcsolatokat).,
hőmotorok
a hőmotor klasszikus példája egy gőzgép, bár minden modern motor ugyanazokat az elveket követi. A gőzgépek ciklikus módon működnek, a dugattyú minden ciklusban egyszer felfelé vagy lefelé mozog. A forró nagynyomású gőzt minden ciklus első felében felveszik a hengerbe, majd a második félévben ismét el lehet menekülni. A teljes hatás az, hogy a hő Q1 által generált égő üzemanyag, hogy a gőz, átalakítani egy részét, hogy nem működik, és kipufogó a fennmaradó hő Q2 a környezet alacsonyabb hőmérsékleten., Az elnyelt nettó hőenergia ezután Q = Q1-Q2. Mivel a motor visszatér a kezdeti állapotába, belső energiája U nem változik (ΔU = 0). Így a termodinamika első törvénye szerint az egyes teljes ciklusokhoz végzett munkának W = Q1 − Q2-nek kell lennie. Más szavakkal, az egyes teljes ciklusokra elvégzett munka csak a különbség a motor által magas hőmérsékleten elnyelt Q1 hő és az alacsonyabb hőmérsékleten kimerült Q2 hő között. A termodinamika ereje az, hogy ez a következtetés teljesen független a motor részletes működési mechanizmusától., Csak az energia általános megőrzésére támaszkodik, a hő pedig az energia egyik formájának tekinthető.
annak érdekében, hogy pénzt takarítson meg az üzemanyagra, és elkerülje a környezet szennyezését a hulladékhővel, a motorokat úgy tervezték, hogy maximalizálják a Q1 abszorbeált hő hasznos munkává történő átalakítását, valamint minimalizálják a Q2 hulladékhőt. Egy motor Carnot-hatékonyságát (η) A W/Q1—azaz a Q1-nek a munkává átalakított frakciójának arányaként definiáljuk., Mivel W = Q1-Q2, a hatékonyság a 
(2)
formában is kifejezhető, ha egyáltalán nem volt hulladékhő, akkor Q2 = 0 és η = 1, ami 100 százalékos hatékonyságnak felel meg. Miközben a motor súrlódásának csökkentése csökkenti a hulladékhőt, soha nem lehet kiküszöbölni; ezért van egy határ arra, hogy a Q2 milyen kicsi lehet, és így mekkora lehet a hatékonyság. Ez a korlátozás a természet alapvető törvénye-valójában a termodinamika második törvénye (lásd alább).