Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik

Bei allen Zustandsänderungen eines thermodynamischen Systems tritt Austausch von Wärme und Arbeit mit der Umgebung auf. Wärme und Arbeit sind unterschiedliche Formen der Energie und können ineinander überführt werden. In einem System kann man dieselbe Zustandsänderung durch Zufuhr von Wärme oder Arbeit erreichen (Temperaturerhöhung sowohl durch Rühren als auch durch Erwärmen, Joule'sches Experiment zum mechanisches Wärmeäqivalent). Heute verwendet man deshalb für Wärme und Arbeit auch dieselbe Einheit (Joule).

In der Mechanik gilt für reibungsfreie Systeme der Satz von der Erhaltung der (mechanischen) Gesamtenergie (Energieerhaltungssatz), z.B. gilt bei einem reibungsfreien mechanischen Pendel, dass die Summe aus potenzieller Energie Epot und kinetischer Energie Ekin konstant bleibt:

Tritt bei einem System Reibung auf, so muss die durch Reibung erzeugte Wärme Q neben der mechanischen Energie E in der Bilanz berücksichtigt werden:

Das bedeutet, dass jede zyklisch arbeitende Maschine (Motor) nur höchstens soviel Arbeit leisten kann, wie ihr Energie zugeführt wird. Eine Maschine, die Arbeit oder Energie erzeugt, ohne dass man ihr "Brennstoff" zuführt, gibt es nicht.

Auch der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ist eine unbeweisbare Erfahrungstatsache, d.h. es ist bisher noch nicht gelungen, eine Maschine zu bauen, die das Gegenteil beweist.