De lover og termodynamikk er utrolig enkle til staten, men de er vidtrekkende i sine konsekvenser. Den første loven som hevder at hvis varmen er anerkjent som en form for energi, så den totale energien i et system som i tillegg til sine omgivelser er bevart, med andre ord, den totale energien i universet forblir konstant.
Den første loven som er sette inn i handlingen ved å vurdere flyten av energi over grensen som skiller et system fra dens omgivelser., Ta det klassiske eksempelet på en gass omsluttet av en sylinder med et bevegelig stempel. Veggene i sylinderen fungere som den grensen som skiller gassen inne fra verden utenfor, og bevegelig stempel gir en mekanisme for gass å gjøre arbeidet ved å utvide mot kraft holder stempel (antatt friksjonsløse) i stedet. Hvis gassen fungerer W som det utvider seg, og/eller absorberer varme Q fra omgivelsene gjennom veggene i sylinderen, så er dette tilsvarer en netto flyt av energi W − Q over grensen til omgivelsene., For å bevare den totale energien U, må det være en counterbalancing endre ΔU = Q − W (1) i den indre energien i gassen. Den første loven som gir en slags strenge energi regnskapssystem der endring i energi-konto (ΔU) er lik forskjellen mellom innskudd (Q) og uttak (B).
Det er et viktig skille mellom mengden ΔU og relaterte energi mengder Q og W., Siden den indre energien U er preget utelukkende av mengder (eller parametere) som unikt fastslå tilstanden til systemet i likevekt, kan det sies å være en tilstand funksjon slik at enhver endring i energi bestemmes i sin helhet av den opprinnelige (jeg) og siste (f) tilstander for systemet: ΔU = Uf − Ui. Imidlertid, Q og W er ikke statlige funksjoner. Akkurat som i eksempelet med en sprekkeferdig ballong, gass inne kan gjøre noe arbeid i det hele tatt i å nå sitt endelige utvidet staten, eller det kan gjøre maksimalt arbeid ved å utvide inne i en sylinder med et bevegelig stempel for å nå den samme endelige tilstand., Alt som kreves er at endringen i energi (ΔU) forblir den samme. Ved analogi, den samme endringen i ens bankkonto kan oppnås gjennom mange ulike kombinasjoner av innskudd og uttak. Dermed, Q og W er ikke statlige funksjoner, fordi deres verdier avhengig av den aktuelle prosessen (eller banen) som forbinder de samme første og siste stater. Akkurat som det er mer meningsfylt å snakke om balansen i en bank-konto enn sine innskudd eller uttak innhold, det er bare meningsfylt å snakke om den indre energien til et system, og ikke sin varme eller arbeid innhold.,
Fra en formell matematisk synspunkt, inkrementell endring dU i intern energi er en eksakt differensial (se differensial-ligningen), mens tilsvarende inkrementelle endringer d’Q og d’W i varme og arbeid er ikke, fordi av den bestemte integraler av disse mengdene er sti-avhengige. Disse begrepene kan brukes til stor nytte på en presis matematisk formulering av termodynamikk (se nedenfor Termodynamiske egenskaper og relasjoner).,
Varme motorer
klassisk eksempel på en varme motoren er en dampmaskin, selv om alle moderne motorer følge de samme prinsippene. Dampmaskiner opererer i en syklisk mote, med stempelet beveger seg opp og ned en gang for hver syklus. Hot høytrykks damp er tillatt å sylinderen i første halvdel av hver syklus, og da er det lov til å flykte igjen i andre halvår. Den samlede effekten er å ta varme Q1 generert ved forbrenning av drivstoff for å lage damp, konvertere en del av det å gjøre arbeid, og bruker den gjenværende varmen Q2 til miljøet på en lavere temperatur., Netto varme-energi som absorberes deretter Q = Q1 − Q2. Siden motoren går tilbake til sin opprinnelige tilstand, sin indre energien U ikke endres (ΔU = 0). Således, ved den første loven av termodynamikk, arbeidet som er gjort for hver hele syklusen må være W = Q1 − Q2. Med andre ord, det arbeidet som er gjort for hver hele syklusen er bare forskjellen mellom varme Q1 absorbert av motoren ved høy temperatur og varme Q2 utmattet på en lavere temperatur. Kraften i termodynamikk er at denne konklusjonen er helt uavhengig av detaljert arbeider mekanisme av motoren., Det baserer seg kun på den samlede bevaring av energi, med varme anses som en form for energi.
for å spare penger på drivstoff, og unngå å forurense miljøet med spillvarme, motorene er designet for å maksimere konvertering av absorbert varme Q1 til nyttig arbeid og for å minimere avfall varme Q2. Den Carnot virkningsgrad (η) for en motor som er definert som forholdet W/Q1—det vil si, det brøkdel av 1. Kvartal, som er omgjort til arbeid., Siden W = Q1 − Q2, effektivitet også kan uttrykkes i form 
(2)
Hvis det var ingen varme i det hele tatt, så Q2 = 0 og η = 1, som svarer til 100 prosent effektivitet. Mens reduserer friksjon i motoren reduserer spillvarme, det kan aldri bli null, og derfor er det en grense for hvor små Q2 kan være, og dermed hvor stor effektivitet kan være. Denne begrensningen er en grunnleggende lov i natur—faktisk, termodynamikkens andre lov (se nedenfor).