Termodinamica este o ramură a ştiinţei care studiază transformările energiei, deci studiază căldura, energia şi capacitatea energiei de a efectua lucru mecanic.
Energia potențială este energia stocată într-un obiect datorită poziției sale față de alte obiecte, sau datorită configurației sale. Exemple de forme ale energiei potențiale sunt energia chimică, energia electrică, energia elastică sau energia gravitațională.
Lucrul mecanic, L e dezvoltat atunci când o forţă acţionează asupra unui obiect, cauzând mişcarea obiectului. Lucrul mecanic este un transfer de energie printr-o acţiune mecanică.
Căldura, Q, este un transfer de energie care are loc prin interacţiuni termice precum radiaţia, conducţia termică, sau convecţia.
Energia internă, U, se referă la energia totală conţinută în interiorul unui anume sistem. Energia internă ţine cont de pierderile şi câştigurile de energie ale sistemului. De aceea, în principal, ne interesează schimbările care au loc în energia unui sistem, adică variaţia energiei interne, care se notează cu ΔU.
Variaţia energiei interne, ΔU, într-un sistem este egală cu cantitatea de căldură furnizată din mediu către sistem minus cantitatea de lucru mecanic efectuată de către sistem asupra mediului. Dacă în anumite cazuri lucrul mecanic este efectuat asupra sistemului, atunci L are semnul plus.
ΔU = Q – L
În funcţie de sistemul studiat şi de mediul exterior al sistemului, există două situaţii: când ΔU are valoare pozitivă, şi când ΔU are valoare negativă.
ΔU > 0: acest lucru presupune fie că lucrul mecanic este efectuat asupra sistemului, fie că energia termică (căldura) este transferată către sistem. În acest caz, sistemul primeşte energie din mediul exterior.
ΔU < 0: acest lucru presupune fie că lucrul mecanic este efectuat de către sistem, fie că energia termică este transferată de la sistem către mediul exterior. În acest caz, sistemul pierde energie către mediul exterior.
Un sistem oarecare:
- conţine numai energie internă;
- nu conţine energie sub formă de căldură sau de lucru mecanic;
- căldura şi lucrul mecanic există numai în timpul unei schimbări într-un sistem.
