The First Law is a statement of the Erhaltung der Energie. It posits that the change in a closed system’s internal energy ([latex]\Delta U[/latex]) is equal to the heat supplied to the system ([latex]Q[/latex]) minus the work done by the system on its surroundings ([latex]W[/latex]). The governing equation is [latex]\Delta U = Q – W[/latex]. This law links heat, work, and internal energy, establishing heat as a form of energy transfer.
Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik verallgemeinerte das bereits aus der Mechanik bekannte Prinzip der Energieerhaltung auf Wärme. Seine Formulierung war ein wichtiger Fortschritt in der Physik, da er die vorherrschende Wärmetheorie, die Wärme als schwerelose Flüssigkeit betrachtete, endgültig widerlegte. Experimente von James Joule in den 1840er Jahren, die das mechanische Äquivalent von Wärme demonstrierten, waren entscheidend für den Nachweis, dass Wärme und Arbeit ineinander überführbar sind.
The law introduces internal energy ([latex]U[/latex]) as a state function, meaning its value depends only on the current state of the system, not on how it got there. In contrast, heat ([latex]Q[/latex]) and work ([latex]W[/latex]) are path-dependent process quantities. The law’s differential form is [latex]dU = \delta Q – \delta W[/latex]. For a cyclic process, where the system returns to its initial state, the change in internal energy is zero ([latex]\Delta U = 0[/latex]), so the net heat supplied equals the net work done. This principle is the basis for all heat engines. The law also implies the impossibility of a perpetual motion machine of the first kind—a machine that produces work without any energy input.
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