розділ фізики, що вивчає обмін і перетворення енергії в макроскопічних системах, особливо у вигляді теплоти та роботи
Формула для внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — залежить від кількості речовини, температури, тиску та об'єму
Внутрішня енергія — це кінетична енергія всіх частинок у системі. Формули застосовні для ідеального одноатомного газу. Для більш загального випадку використовується U = (i/2)·n·R·T, де i — кількість ступенів свободи.
Формула для зміни внутрішньої енергії: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT для одноатомного газу або ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT для будь-якого ідеального газу з i ступенями свободи
Формула дає зміну внутрішньої енергії при нагріванні або охолодженні. Перший вираз для одноатомного газу, другий — універсальна форма. ΔT — зміна температури; i — кількість ступенів свободи речовини.
Формула для роботи газу при зміні об'єму: A = p·ΔV — добуток тиску та зміни об'єму
Робота позитивна, якщо система розширюється (ΔV > 0). Цей вираз дійсний при сталому тиску.
Перше начало термодинаміки: Q = ΔU + A — кількість теплоти, переданої системі, йде на зміну її внутрішньої енергії та виконання роботи
Отримана системою теплота Q йде на зміну її внутрішньої енергії ΔU
та виконання роботи A проти зовнішніх сил.
Якщо Q > 0 — теплота надходить у систему; Q < 0 — система втрачає теплоту.
A > 0 — система розширюється і виконує роботу; A < 0 — система стискається.
Формула для кількості теплоти: Q = c·m·ΔT або Q = C·n·ΔT — залежить від маси або кількості речовини, теплоємності та зміни температури
Формули використовуються для розрахунку теплоти при нагріванні речовини: c — питома теплоємність, m — маса, C — молярна теплоємність, n — кількість речовини. ΔT — різниця температур (кінцева мінус початкова).
Формула для ККД теплової машини: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — показує, яка частина отриманої теплоти перетворюється на корисну роботу
ККД — це частка отриманої теплоти, перетворена на корисну роботу. Q₁ — кількість теплоти, отримана від нагрівача; Q₂ — кількість теплоти, віддана холодильнику. Чим менше Q₂, тим вищий ККД машини.
Формула для ККД циклу Карно: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — максимальний теоретичний ККД теплового двигуна, що працює між двома температурами
Цикл Карно — це ідеальний оборотний процес, що складається з двох ізотермічних та двох адіабатичних стадій. Його ККД залежить лише від температур нагрівача (T₁) та холодильника (T₂), а не від природи робочого тіла. Формула показує максимально можливий теоретичний ККД при заданих температурах.
Формула для кількості теплоти при плавленні або затвердінні: Q = λ·m — добуток питомої теплоти плавлення та маси речовини
λ — питома теплота плавлення (або кристалізації); m — маса речовини. Формула дає кількість теплоти, необхідну для переходу між твердим та рідким станами при постійній температурі.
Формула для кількості теплоти при пароутворенні або конденсації: Q = r·m — добуток питомої теплоти пароутворення (або конденсації) та маси речовини
r — питома теплота пароутворення (або конденсації); m — маса речовини. Теплота не використовується для нагрівання, а для зміни агрегатного стану — з рідини в газ або навпаки.