Termodynamiikan ensimmäinen laki tunnetaan myös nimellä energian säilymisen laki. Siinä todetaan, että energiaa ei voida tuhota tai luoda; se on säilynyt maailmankaikkeudessa ja sen on päätyttävä jonnekin, vaikka se muuttaa muotoaan. Se sisältää järjestelmän työn, lämmön ja energian tutkimuksen. Lämpömoottorit herättävät usein keskustelun termodynamiikan ensimmäisestä laista; sitä pidetään kuitenkin yhtenä perustavimmista luonnonlaeista.
Kun ihmiset ovat perehtyneet termodynamiikan ensimmäisen lain tutkimukseen, he alkavat välittömästi analysoida ja laskea lakiin liittyvää yhtälöä: ΔU = Q – W. Tämä yhtälö tarkoittaa, että järjestelmän sisäisen energian muutos on yhtä suuri kuin lämpö lisää järjestelmään vähemmän järjestelmän tekemää työtä. Vaihtoehtoisesti käytetään joskus yhtälöä ΔU = Q + W. Ainoa ero on se, että se laskee järjestelmään tehdyn työn järjestelmän tekemän työn sijaan. Toisin sanoen työ on positiivista, kun järjestelmä toimii ympäröivän järjestelmänsä kanssa, ja negatiivista, kun ympäristö toimii järjestelmässä.
Fysiikkaa opiskeltaessa on yleinen esimerkki lämmön lisäämisestä kaasuun suljetussa järjestelmässä. Esimerkki jatkuu laajentamalla kaasua niin, että se toimii. Se voidaan kuvata mäntänä, joka painaa alas tai painaa kaasuja polttomoottorissa. Näin järjestelmä tekee työtä. Vaihtoehtoisesti, kun tutkitaan kemiallisia prosesseja ja reaktioita, on tyypillistä tutkia olosuhteita, joissa järjestelmään tehdään työtä.
Standardiyksikkö termodynamiikan ensimmäisen lain laskemiseksi on Joules (J); monet ihmiset, jotka opiskelevat lakia, tekevät kuitenkin myös laskelmansa kalorien tai brittiläisen lämpöyksikön (BTU) suhteen. Joskus on hyödyllistä laskea suojelu todellisilla numeroilla, jolloin ihmiset voivat nähdä, miten laki toimii. Jos moottori tekee 4,000 J työtä ympärillään, sisäinen energia pienenee 4,000 J: llä. järjestelmän energia vähenee yhteensä -5,000 5,000 J.
Vaihtoehtoisessa laskennassa, jos järjestelmä tekee 4,000 J työtä ympäristössään ja sitten absorboi 5,000 J lämpöä ympäristöstään, tulos on erilainen. Siinä tapauksessa 5,000 J energiaa menee sisään ja 4,000 J energiaa poistuu. Siten järjestelmän sisäinen kokonaisenergia on 1,000 XNUMX J.
Lopuksi negatiivinen työ tai ympäristön tekemä työ järjestelmästä voidaan esimerkkinä tehdä laskelmia myös termodynamiikan ensimmäisestä laista. Jos järjestelmä esimerkiksi absorboi 4,000 J, kun ympäristö suorittaa samanaikaisesti 5,000 J tai työskentelee järjestelmän parissa, näkyy toinen tulos. Koska kaikki energiat virtaavat järjestelmään, kokonaisenergia hyppää jopa 9,000 XNUMX J.