Termodinamikában

Termodinamika a energia átalakulásait és a hő-munkaátvitelt vizsgáló tudomány. A tárgyalás a rendszerek és a környezet közötti energiakölcsönhatásokkal foglalkozik, és különbséget tesz zárt, nyitott és izolált rendszerek között, miközben figyelembe veszi az állapotváltozókat. A folyamatok lehetnek közelítőleg egyensúlyi állapotokhoz közelítőek (quasi‑statikus) vagy irreveribilisek, hőmérséklet- és nyomásgradiensek hatására.

Az első főtétel szerint az energia megmarad: ΔU = Q − W, ahol Q a rendszerhez érkező hő, W pedig a rendszer által végzett munka. A második főtétel szerint a természetes folyamatok növelik az entrópiát; Clausius-egyenlőség alapján δQ/T integrálásával az irreverzibilis folyamatokban S növekszik, és a Carnot-határ adja meg a hatékonyság elméleti maximumát: η ≤ 1 − Tc/Th.

Az állapotok leírására használt főbb állapotfüggvények közé tartozik az U (belső energia), H = U + PV (entalpia), S (entrópia) és G = H − TS (Gibbs-féle szabad energia). Az állapotokra vonatkozó alapegyenletek közül PV = nRT az ideális gázokra érvényes; emellett hasznosak a hőkapacitások és a szabad energik számításai.

A terület gyakorlati vonatkozásai közé tartozik különféle hőerőgépek és hűtőgépek ciklusainak elemzése: Carnot, Otto, Diesel és Brayton ciklusokkal határozzuk meg a hatékonyságot vagy a hűtőhatást. Alkalmazási területek: erőművek, hőszivattyúk és hűtőberendezések tervezése és optimalizálása.