Раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, которые характеризуются определенным термодинамическим состоянием, называется термодинамика.
0 начало термодинамики: изолированная термодинамическая система с течением времени самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия и остаётся в нём сколь угодно долго, если внешние условия сохраняются неизменными.
1 закон термодинамики: энергия всякого тела уменьшается при совершении им работы и, напротив, увеличивается, если телу передают теплоту; универсальный закон сохранения энергии применительно к задачам термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя первого рода, то есть устройства, способного совершать работу без соответствующих затрат энергии. Иными словами, нельзя выполнить работу, не затратив энергии.
В разных областях человеческой деятельности с термодинамическими системами происходят изменения, сопровождающиеся их переходом к новым состояниям, характеризующимся новыми значениями параметров систем:
- изохорный процесс — при нагревании газа, заключенного в емкость постоянного объема, происходит увеличение давления и температуры системы, но работа против внешних сил не производится, поскольку нет приращения объема системы. Такой процесс происходит в закрытой канистре из-под бензина с остатками паров, если она подвергается нагреванию, например, вблизи костра.
- изобарный процесс — характеризуется неизменным давлением системы. Например, система заключена в вертикально расположенном цилиндре под поршнем с находящимся в нем грузом определенной массы, когда подвод тепла к системе приводит к повышению ее температуры и подъему поршня с грузом.
- изотермический процесс характеризуется неизменной температурой системы в условиях подвода или отвода тепла, но при этом изменяются давление и объем системы и совершается внешняя работа.
2 закон термодинамики: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Энтропия — мера беспорядка в системе. Полный порядок соответствует минимуму энтропии, любой беспорядок увеличивает ее. Будучи предоставленными самим себе, не испытывая внешних воздействий (изолированная система), частицы стремятся перейти в состояние, в котором при данных условиях возможен больший беспорядок. Максимальная величина энтропии соответствует полному хаосу.
3 закон термодинамики: энтропия любой равновесной системы по мере приближения температуры к абсолютному нулю перестает зависеть от каких-либо параметров состояния и стремится к определённому пределу.
Процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.) называется теплопроводностью. .
Перенос энергии в твердом теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.
Конвекция - перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную конвекцию. Интенсивность конвективного теплообмена помимо разницы и подвижной среды характеризуется коэффициентом теплоотдачи, имеющим сложную природу и зависящим от множества факторов.
Лучистый теплообмен осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и её поглощения веществом.