Siseenergia ja termodünaamika esimene seadus

Termodünaamika esimene seadus ei ole midagi eksootilisemat kui energia jäävus, kirjutatuna süsteemi siseenergia jaoks: ΔU = Q − W, kus Q on süsteemile juurdeantud soojus ja W on töö, mida süsteem teeb oma ümbrusele. Lisa soojust ja siseenergia kasvab; lase süsteemil teha tööd välismaailmale ja siseenergia väheneb, sest see töö pidi kuskilt tulema. Kumbki liige üksi ei määra tulemust — gaas, mida kokku surutakse (talle tehtud töö, negatiivne W), kaotades samal ajal soojust, võib oma siseenergiat kasvatada, vähendada või hoida muutumatuna, olenevalt sellest, kumb mõju võidab, ja just seepärast hoiabki võrrand mõlemat liiget, selle asemel et eeldada, et üks domineerib.

Oluline omadus, mis paneb selle arvepidamise tööle, on see, et siseenergia on olekufunktsioon: selle väärtus sõltub ainult süsteemi hetkeolekust — selle temperatuurist, rõhust, koostisest — ja üldse mitte sellest, kuidas see sinna jõudis. Soojus ja töö, seevastu, ei ole olekufunktsioonid; need sõltuvad täielikult valitud teest. Kaks eri protsessi, mis ühendavad samu algus- ja lõppolekuid, võivad hõlmata üksikult tohutult erinevaid soojuse ja töö koguseid, ometi peab ΔU = Q − W tulema mõlema jaoks identne, sest ΔU loeb ainult otspunkte. Just seepärast on olekufunktsiooni muutuse mõõtmine sageli palju lihtsam kui protsessi enda üksikasjalik jälgimine — vaja on ainult algust ja lõppu.

Soojus ja töö ei ole ka samalaadsed suurused, hoolimata sellest, et mõlemad on energiaülekande vormid. Soojus on temperatuuride erinevuse tõttu ülekantud energia, mis liigub isevoolu kuumast külma; töö on korraldatud, suunatud jõu poolt läbi nihke ülekantud energia. Esimene seadus ei nõua nende mikroskoopiliste mehhanismide eristamist — mõlemad lihtsalt lisavad või eemaldavad energiat süsteemi siseenergiast —, kuid nende kontseptuaalne segi ajamine varjab, miks teine seadus kohtleb neid nii erinevalt.