dział fizyki zajmujący się wymianą i przekształcaniem energii w układach makroskopowych, zwłaszcza w postaci ciepła i pracy
Wzór na energię wewnętrzną idealnego gazu jednoatomowego: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — zależy od ilości substancji, temperatury, ciśnienia i objętości
Energia wewnętrzna to energia kinetyczna wszystkich cząstek w układzie. Wzory mają zastosowanie do idealnego gazu jednoatomowego. W bardziej ogólnym przypadku stosuje się U = (i/2)·n·R·T, gdzie i to liczba stopni swobody.
Wzór na zmianę energii wewnętrznej: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT dla gazu jednoatomowego lub ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT dla dowolnego gazu idealnego z i stopniami swobody
Wzór określa zmianę energii wewnętrznej podczas ogrzewania lub chłodzenia. Pierwsze wyrażenie dotyczy gazu jednoatomowego, drugie to forma uniwersalna. ΔT — zmiana temperatury; i — liczba stopni swobody substancji.
Wzór na pracę gazu podczas zmiany objętości: A = p·ΔV — iloczyn ciśnienia i zmiany objętości
Praca jest dodatnia, jeśli układ się rozpręża (ΔV > 0). To wyrażenie jest ważne przy stałym ciśnieniu.
Pierwsza zasada termodynamiki: Q = ΔU + A — ilość ciepła przekazanego do układu przechodzi na zmianę jego energii wewnętrznej i wykonanie pracy
Ciepło Q otrzymane przez układ idzie na zmianę jego energii wewnętrznej ΔU
i wykonanie pracy A przeciwko siłom zewnętrznym.
Jeśli Q > 0 — ciepło wpływa do układu; Q < 0 — układ traci ciepło.
A > 0 — układ rozpręża się i wykonuje pracę; A < 0 — układ się spręża.
Wzór na ilość ciepła: Q = c·m·ΔT lub Q = C·n·ΔT — zależy od masy lub ilości substancji, pojemności cieplnej i zmiany temperatury
Wzory służą do obliczania ciepła podczas ogrzewania substancji: c — ciepło właściwe, m — masa, C — molowa pojemność cieplna, n — ilość substancji. ΔT — różnica temperatur (końcowa minus początkowa).
Wzór na sprawność maszyny cieplnej: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — pokazuje, jaka część pobranego ciepła jest zamieniana na użyteczną pracę
Sprawność to ułamek otrzymanego ciepła zamieniony na użyteczną pracę. Q₁ — ilość ciepła pobranego ze źródła ciepła; Q₂ — ilość ciepła oddanego do chłodnicy. Im mniejsze Q₂, tym wyższa sprawność maszyny.
Wzór na sprawność cyklu Carnota: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — maksymalna teoretyczna sprawność silnika cieplnego pracującego między dwoma temperaturami
Cykl Carnota to idealny odwracalny proces składający się z dwóch etapów izotermicznych i dwóch adiabatycznych. Jego sprawność zależy tylko od temperatur źródła ciepła (T₁) i chłodnicy (T₂), a nie od rodzaju substancji roboczej. Wzór pokazuje maksymalną teoretyczną sprawność, jaką można osiągnąć w danych temperaturach.
Wzór na ilość ciepła podczas topnienia lub krzepnięcia: Q = λ·m — iloczyn ciepła utajonego topnienia i masy substancji
λ — ciepło utajone topnienia (lub krystalizacji); m — masa substancji. Wzór określa ilość ciepła potrzebną do przejścia między stanem stałym a ciekłym w stałej temperaturze.
Wzór na ilość ciepła podczas parowania lub skraplania: Q = r·m — iloczyn ciepła utajonego parowania (lub skraplania) i masy substancji
r — ciepło utajone parowania (lub skraplania); m — masa substancji. Ciepło nie jest wykorzystywane do ogrzewania, ale do zmiany stanu skupienia — z cieczy w gaz lub odwrotnie.