Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit den quantitativen Beziehungen zwischen Wärmeenergie und anderen Energieformen. Man kann auch eine mathematische Aussage über den 1. Hauptsatzes der Thermodynamik geben. So verbietet der erste Hauptsatz der Thermodynamik jede Energieerzeugung aus dem Nichts, so gibt es keine Maschinen, die einen Wirkungsgrad von über 100% haben (Beweis: ΔU = ΔW + ΔQ = 0 => ΔW = – ΔQ (maximal))
In einem abgeschlossenen System ist die innere Energie U konstant, d.h. die Änderung der Inneren Energie ΔU ist gleich Null .
Anmerkung: Jedes System besitzt einen bestimmten Energieinhalt (Innere Energie U) und setzt sich aus den verschiedenen Energieformen (beispielsweise kinetischer Energie, Rotationsenergie und Schwingungsenergie der Teilchen) zusammen.
ΔU = ΔW + ΔQ
Jedes System hat eine bestimmte Energie. Diese Energie ist eine Eigenschaft eines Systems. Arbeit und Wärme, die in einem System während eines Prozesses auftreten, sind Prozesse in denen Energie (in allen Formen) zwischen einzelnen Komponenten des Systemen übertragen wird. Dies ist auch die Hauptaussage des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik. Der 1.Hauptsatz schließt damit jede Energieerzeugung aus dem Nichts aus. Nach dem 1. Hauptsatz gibt es kein Perpetuum Mobile 1. Art.
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ist eine Form des Energieerhaltungssatzes und sagt aus, dass Energieformen ineinander umwandelbar sind, aber keine Energie erschaffen werden kann, die Summe aller Energieformen ist konstant. Somit bedeutet das für ein geschlossenes System, dass die Änderung der inneren Energie eines gleich der Summe der Änderung der Wärme ΔQ und der Änderung der Arbeit ΔW ist. ΔU = ΔW + ΔQ. Die gesamte Energiemenge in einem System, das von einem Zustand 1 in den Zustand 2 übergegangen ist, ist folglich die Summe der als Wärme und Arbeit zugeführten oder abgeführten Energien.
Bei einem abgeschlossenen System kann weder Wärme noch Arbeit oder sonst eine Energie entweichen. Eine Veränderung in einem abgeschlossenen System kann demnach weder zu einer Zunahme noch zu einer Abnahme der inneren Energie, sondern nur zu einer Umverteilung der Energiemenge zwischen den unterschiedlichen Formen, führen. Die innere Energie U hägt nur von den Variablen p,V und T ab, aber nicht vom Weg, auf dem der Zustand erreicht wurde
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann. Dieses Prinzip wird auch als Energieerhaltungssatz bezeichnet.
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf innere Energie, Arbeit und Wärme.
Die Formel des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik ist ΔU = Q – W. Hier steht ΔU für die Änderung der inneren Energie, Q für die zugeführte Wärme und W für die verrichtete Arbeit.
Im Kontext des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik ist die Arbeit die Energie, die an ein System übertragen wird, um es aus seinem aktuellen Zustand zu bewegen.
Die innere Energie ist die Gesamtenergie, die ein thermodynamisches System besitzt. Sie beinhaltet die kinetische und potentielle Energie seiner Moleküle.
Die zugeführte Wärme repräsentiert die Energie, die durch thermische Wechselwirkung auf ein System übertragen wird.
Wenn einem System Wärme zugeführt und Arbeit verrichtet wird, erhöht sich die innere Energie des Systems.
Ein geschlossenes System folgt dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, indem die Summe der zugeführten Wärme und der verrichteten Arbeit gleich der Änderung der inneren Energie ist.
Ein adiabatisches System ist ein System, das keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht. In diesem Fall ändert sich die innere Energie des Systems nur durch verrichtete Arbeit.
Beim Betrieb eines Kühlschranks wird elektrische Energie (Arbeit) in thermische Energie (innere Energie) innerhalb des Kühlschranks umgewandelt, was dazu führt, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Dies folgt dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, welcher besagt, dass Energie umgewandelt, aber nicht erzeugt oder vernichtet wird.