La termodinámica es el estudio de la interconversión del calor y otras formas de energía. Las leyes de la termodinámica, permiten entender la energética y la dirección de los procesos.
En la termodinámica se evalúan los cambios de estado en un sistema, que se definen por los valores de todas sus propiedades macroscópicas importante, como la composición, energía, temperatura, presión y volumen. Se dice que estas propiedades son funciones de estado, es decir propiedades determinadas por el estado del sistema, independientemente de cómo se haya alcanzado. Cuando cambia el estado de un sistema, la magnitud del cambio de cualquier función de estado está dada por el estado inicial y final del sistema, y no de cómo se efectúo dicho cambio.
La primera ley de la termodinámica, se basa en la conservación de la energía, y establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir.
Si observamos la primera ley de la termodinámica desde el punto de vista de la energía interna se puede escribir que:
ΔEsistemas + ΔEalrededores= 0
ΔEsistemas= – ΔEalrededores
Si un sistema experimenta un cambio de energía ΔEsistema, los alrededores deben experimentar un cambio de igual magnitud pero de signo opuesto. Además, debido a que la energía puede cambiar de una forma a otra, la energía perdida por un sistema puede ganarla otro sistema en una forma diferente.
Una forma más útil de la primera ley, estudia los cambios asociados simplemente al sistema:
ΔE= q + w
que establece que el cambio de energía interna de un sistema es la suma del intercambio de calor q entre el sistema y los alrededores, y el trabajo w realizado por (o sobre) el sistema. El convenio de signos indica que q será positivo para un proceso endotérmico y negativo para un proceso exotérmico. Para el trabajo, se establece que w es positivo para el trabajo realizado por los alrededores, y negativo para el trabajo ejecutado por el sistema sobre los alrededores.