obor fyziky, který studuje výměnu a přeměnu energie v makroskopických systémech, zejména ve formě tepla a práce
Vzorec vnitřní energie ideálního jednoatomového plynu: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — závisí na množství látky, teplotě, tlaku a objemu
Vnitřní energie — kinetická energie všech částic uvnitř systému. Vzorce platí pro ideální jednoatomový plyn. Pro obecnější případ se používá U = (i/2)·n·R·T, kde i — počet stupňů volnosti.
Vzorec změny vnitřní energie: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT pro jednoatomový plyn nebo ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT pro jakýkoli ideální plyn s i stupni volnosti
Vzorec udává změnu vnitřní energie při zahřívání nebo ochlazování. V prvním výrazu — pro jednoatomový plyn, ve druhém — univerzální forma. ΔT — změna teploty; i — počet stupňů volnosti látky.
Vzorec práce plynu při změně objemu: A = p·ΔV — součin tlaku a změny objemu
Práce je kladná, pokud se systém rozpíná (ΔV > 0). Tento výraz platí při konstantním tlaku.
První termodynamický zákon: Q = ΔU + A — množství tepla dodaného soustavě jde na změnu její vnitřní energie a vykonání práce
Teplo Q dodané soustavě se spotřebuje na změnu vnitřní energie ΔU
a na vykonání práce A proti vnějším silám.
Pokud Q > 0 — teplo do soustavy přichází; Q < 0 — soustava teplo ztrácí.
A > 0 — soustava se rozpíná a vykonává práci; A < 0 — soustava se stlačuje.
Vzorec množství tepla: Q = c·m·ΔT nebo Q = C·n·ΔT — závisí na hmotnosti nebo množství látky, tepelné kapacitě a změně teploty
Vzorce se používají pro výpočet tepla při zahřívání látky: c — měrná tepelná kapacita, m — hmotnost, C — molární tepelná kapacita, n — množství látky. ΔT — rozdíl teplot (konečná minus počáteční).
Vzorec účinnosti tepelného stroje: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — ukazuje, jaká část přijatého tepla se přemění na užitečnou práci
Účinnost — podíl přijatého tepla přeměněného na užitečnou práci. Q₁ — množství tepla přijatého od ohřívače; Q₂ — odevzdané chladiči. Čím menší Q₂, tím vyšší je účinnost stroje.
Vzorec účinnosti Carnotova cyklu: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — maximální teoretická účinnost tepelného stroje pracujícího mezi dvěma teplotami
Carnotův cyklus — ideální kruhový děj, skládající se ze dvou izotermických a dvou adiabatických fází. Jeho účinnost závisí pouze na teplotách ohřívače (T₁) a chladiče (T₂), a nezávisí na povaze pracovní látky. Vzorec ukazuje maximální teoretickou účinnost, dosažitelnou při daných teplotách.
Vzorec množství tepla při tání nebo tuhnutí: Q = λ·m — součin měrného skupenského tepla tání a hmotnosti látky
λ — měrné skupenské teplo tání (nebo krystalizace); m — hmotnost látky. Vzorec udává množství tepla potřebné pro přechod mezi pevným a kapalným skupenstvím při konstantní teplotě.
Vzorec množství tepla při vypařování nebo kondenzaci: Q = r·m — součin měrného skupenského tepla vypařování (nebo kondenzace) a hmotnosti látky
r — měrné skupenské teplo vypařování (nebo kondenzace); m — hmotnost látky. Teplo se nespotřebovává na ohřev, ale používá se na změnu skupenství — z kapalného na plynné nebo naopak.