Sejarah Hukum I Termodinamika

Hukum pertama termodinamika adalah pernyataan kekekalan energi. Hukum ini menggambarkan hasil banyak eksperimen yang menghubungkan usaha yang dilakukan pada sistem, panas yang  ditambahkan pada atau dikurangkan dari sistem, dan energi internal sistem. Dari defenisi mula-mula kalori, kita tahu bahwa dibutuhkan suatu kalori panas untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat celcius. Akan tetapi kita juga dapat menaikkan temperatur air atau sistem lain apapun dengan melakukan usaha padanya tanpa menambahkan sedikit pun panas.

  

Gambar di atas merupakan tampilan skematik peralatan Joule yang digunakan dalam eksperimennya yang paling terkenal di mana ia menentukan jumlah usaha yang ekivalen dengan sejumlah panas tertentu, yaitu, jumlah usaha yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air dengan satu Celcius derajat. Ketika ekivalensi panas dan energi eksperimental ditetapkan, eksperimen Joule dapat digambarkan sebagai menentukan ukuran kalori dalam satuan energi yang biasa. Air pada gambar di atas tertutup dalam dinding insulasi agar temperatur sistem tak dapat dipengaruhi oleh panas yang masuk atau keluar darinya. Bila beban jatuh pada kelajuan konstan, maka mereka memutar suatu kincir, yang melakukan usaha melawan air. Jika rugi energi yang terjadi lewat gesekan dalam bantalan, dan sebagainya, dapat diabaikan, maka usaha yang dilakukan oleh kincir melawan air sama dengan hilangnya energi mekanika beban yang jatuh.

Bagian yang terakhir ini mudah diukur dengan menentukan jarak jatuhnya beban itu. Hasil eksperimen Joule dan eksperimen orang lain sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanika (Joule) untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat Celcius. Hasil bahwa 4,18 J energi mekanika adalah ekivalen dengan 1 kal energi panas dikenal sebagai ekivalensi mekanis dari panas. Dari sejarah, adalah lazim untuk menyatakan energi panas dalam kalori dan kemudian menggunakan ekivalensi mekanis dari panas untuk mengubahnya ke satuan dasar energi mekanis. Sekarang, semua bentuk energi biasanya dinyatakan dalam satuan Joule.

Hukum pertama termodinamika adalah rumusan kekekalan dari energi. Energi panas yang diberikan pada sistem diperhitungkan sebagai usaha yang dilakukan oleh sistem atau sebagai kenaikan energi internal sistem atau sebagai kombinasi tertentu dari keduanya. Hukum pertama termodinamika berbunyi: "Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut".