La primera ley de la termodinámica también se conoce como la ley de conservación de la energía. Afirma que la energía no se puede destruir ni crear; se conserva en el universo y debe acabar en algún lugar, aunque cambie de forma. Implica el estudio del trabajo, el calor y la energía del sistema. Los motores térmicos a menudo dan lugar a una discusión sobre la primera ley de la termodinámica; sin embargo, se considera una de las leyes más fundamentales de la naturaleza.
Una vez que las personas profundizan en el estudio de la primera ley de la termodinámica, inmediatamente comienzan a analizar y calcular la ecuación asociada con la ley: ΔU = Q – W. Esta ecuación significa que el cambio en la energía interna del sistema es igual al calor agregado al sistema menos el trabajo realizado por el sistema. Como alternativa, a veces se usa la ecuación ΔU = Q + W. La única diferencia es que se calcula el trabajo realizado en el sistema, en lugar del trabajo realizado por el sistema. En otras palabras, el trabajo es positivo cuando el sistema funciona en su sistema circundante y negativo cuando el entorno funciona en el sistema.
Al estudiar física, hay un ejemplo común que implica agregar calor a un gas en un sistema cerrado. El ejemplo continúa expandiendo ese gas para que funcione. Puede visualizarse como un pistón empujando hacia abajo o aplicando presión sobre los gases en un motor de combustión interna. Por tanto, el trabajo lo realiza el sistema. Como alternativa, al estudiar procesos y reacciones químicas, es típico estudiar las condiciones en las que se realiza el trabajo en el sistema.
La unidad estándar para calcular la primera ley de la termodinámica es Joules (J); sin embargo, muchas personas que estudian leyes también hacen sus cálculos en términos de calorías o de la Unidad Térmica Británica (BTU). A veces es útil calcular la conservación con números reales, ya que esto permite a las personas ver cómo funciona la ley. Si un motor hace 4,000 J de trabajo en su entorno, la energía interna disminuye en 4,000 J. Si también libera 5,000 J de calor mientras está funcionando, entonces la energía interna disminuye en 5,000 J. adicionales. La energía del sistema disminuye en un total de -9,000 J.
En un cálculo alternativo, si un sistema realiza 4,000 J de trabajo en su entorno y luego absorbe 5,000 J de calor de su entorno, el resultado es diferente. En ese caso, entran 5,000 J de energía y salen 4,000 J de energía. Por tanto, la energía interna total del sistema es de 1,000 J.
Por último, el trabajo negativo o el trabajo realizado en el sistema por el entorno también se puede ejemplificar a través de cálculos relacionados con la primera ley de la termodinámica. Por ejemplo, si el sistema absorbe 4,000 J mientras el entorno realiza simultáneamente 5,000 J o trabaja en el sistema, se verá otro resultado. Dado que todas las energías fluyen hacia el sistema, la energía interna total aumenta a 9,000 J.