Теплопередача и совершение работы могут происходить в одном и том же процессе. Например, если газ расширяется изотермически, он совершает работу. Однако его внутренняя энергия не изменяется, поскольку температура газа остается неизменной. Откуда же берется энергия, за счет которой газ производит работу?
Дело в том, что газ расширяется изотермически только в том случае, если в процессе расширения газ получает через стенки сосуда некоторое количество теплоты посредством теплопередачи. Таким образом, в данном случае «присутствуют» оба способа изменения внутренней энергии — и теплопередача, и совершение работы. При изотермическом процессе они в точности компенсируют друг друга, но если температура газа изменяется, этой компенсации не происходит.