Gdy system ulega zmianie, jego energia wewnętrzna może się zmieniać, a energia może być przekazywana z systemu do otoczenia lub z otoczenia do systemu.

Przenoszenie energii odbywa się poprzez ciepło i pracę. Zależność między energią wewnętrzną, ciepłem i pracą jest reprezentowana przez równanie:

Podczas gdy ciepło jest funkcją obserwowanej zmiany temperatury, praca jest funkcją obserwowanej zmiany objętości zwanej pracą ciśnienie-objętość. Praca (w) może być zdefiniowana jako siła (F) działająca przez odległość (D).

Praca ciśnieniowo-objętościowa (lub praca rozprężająca) występuje, gdy system odpycha otoczenie przed ograniczającym ciśnieniem lub gdy otoczenie ściska system. Przykładem tego jest praca silnika spalinowego. Reakcja spalania benzyny i tlenu jest egzotermiczna. Część tej energii jest oddawana w postaci ciepła, a część jest wykonywana jako praca poprzez rozprężanie gazów w cylindrze, wypychając w ten sposób tłok na zewnątrz. Substancje biorące udział w reakcji to układ, a silnik i reszta wszechświata to otoczenie. System traci energię zarówno poprzez ogrzewanie, jak i wykonywanie prac w otoczeniu, a jego energia wewnętrzna maleje.

Kiedy objętość butli zwiększa się (tj. gaz rozszerza się), napiera on na siłę zewnętrzną, która jest ciśnieniem zdefiniowanym jako siła na jednostkę powierzchni.

Z równań 2 i 3:

Iloczyn powierzchni i odległości (A × D) jest równy zmianie objętości (ΔV) gazu w butli.

więc

Ponieważ objętość zwiększa się podczas rozprężania, V_końcowe > początkowe V, a ΔV jest dodatnie. Jednak w przypadku dodatniej ekspansji (tj. gdy system działa na otoczenie), w powinno być ujemne, a zatem do równania dodaje się znak ujemny.