ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम क्या है?

मान लीजिए किसी सिलिंडर में गैस भरी है और उस पर एक खिसकने वाला पिस्टन लगा है। गैस की आंतरिक ऊर्जा U उसके अणुओं की गतिज और स्थितिज ऊर्जाओं का योग है। U को बदलने के दो तरीके हैं: सिलिंडर को गर्म चीज़ पर रखकर ऊष्मा ΔQ देना, या गैस से पिस्टन बाहर धकेलवाकर कार्य ΔW करवाना। ऊर्जा न बनती है न नष्ट होती है, इसलिए दी गई ऊष्मा का हिसाब इन दोनों में बँटना चाहिए।

चिह्न परिपाटी: निकाय को ऊष्मा दी जाए तो ΔQ धनात्मक, और निकाय कार्य करे तो ΔW धनात्मक माना जाता है। स्थैतिककल्प (quasi-static) प्रक्रम में गैस द्वारा किया गया कार्य ΔW = P ΔV होता है, जहाँ P दाब और ΔV आयतन का बदलाव है। आंतरिक ऊर्जा एक अवस्था चर है, यानी यह सिर्फ़ निकाय की अवस्था पर निर्भर करती है, जबकि ΔQ और ΔW इस पर निर्भर करते हैं कि निकाय किस रास्ते से एक अवस्था से दूसरी में गया।

खास स्थितियाँ: आदर्श गैस के समतापीय प्रक्रम में ताप स्थिर रहता है, इसलिए ΔU = 0 और ΔQ = ΔW, यानी पूरी ऊष्मा कार्य में बदल जाती है। रुद्धोष्म प्रक्रम में ऊष्मा का कोई लेन-देन नहीं होता, इसलिए ΔQ = 0 और ΔW = −ΔU; रुद्धोष्म रूप से फैलती गैस ठंडी हो जाती है। समआयतनिक प्रक्रम में आयतन स्थिर रहता है, इसलिए ΔW = 0 और पूरी ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा बढ़ाती है।