Techniklexikon

erster Hauptsatz

Thermodynamik und statistische Physik, Energiesatz für thermodynamische Systeme, definiert die innere Energie U als Zustandsfunktion. Er stellt eine Erweiterung des Energiesatzes der Mechanik dar. Bei infinitesimalen Zustandsänderungen gilt

dU =  Q +  W,

wenn man eine Wärmemenge Q und eine Arbeit A dann positiv rechnet, wenn sie dem System zugeführt werden. Die Schreibweise Q und W anstelle von dQ und dW soll darauf hinweisen, dass es integrale Zustandsgrössen Q und W nicht gibt (Differential).

Es gibt verschiedene Formulierungen des ersten Hauptsatzes:

1) Satz von der Energieerhaltung (Energiesatz).

2) Wärmeenergie und mechanische Energie können wechselseitig ineinander umgewandelt werden. Eine bestimmte Wärme entspricht dabei immer derselben mechanischen Energie (oder anderen Energieformen) und umgekehrt. Der Zusammenhang zwischen beiden Energieformen ist durch das kalorische Arbeitsäquivalent gegeben und von der Art der Umwandlung unabhängig.

3) Daraus folgt die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile erster Art, d.h. einer Maschine, die (z.B. mechanische) Energie erzeugt, ohne die entsprechende Wärmeenergie zu verbrauchen.

Die Bilanz von Arbeit, Wärme und Änderung der inneren Energie gilt ohne Einschränkungen, also auch bei Einbeziehung von Nichtgleichgewichtsprozessen.