Energia wewnętrzna, ciepło właściwe
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że ciepło, które jest pobierane przez układ musi się równać sumie wzrostu energii wewnętrznej tego układu i pracy wykonanej przez układ.
Czyli inaczej mówiąc zmiana wielkości termodynamicznej zwanej energią wewnętrzną może zachodzić na dwa sposoby: na skutek wymiany ciepła lub wykonywanej pracy.
Ciepło przyjęło się uważać za dodatnie, jeśli jest dostarczane układowi, a pracę gdy jest ona wykonywana przez układ.
Warunkiem wymiany ciepła między ciałami jest istnienie różnicy temperatur między nimi. Ciepło jest więc formą energii, która może przepływać z jednego ciał do drugiego.
Jeśli zetkniemy ze sobą dwa ciała Ilość różnych temperaturach to po pewnym czasie dojdzie do wyrównania temperatur na skutek wymiany ciepła. Znajdą się właśnie w stanie równowagi termodynamicznej.
Ilość ciepła, która jest tracona lub pozyskiwana przez dany układ zależy od stanów układu : początkowego i końcowego oraz od drogi tego procesu czyli różnych stanów pośrednich. Również praca wykonana przez układ będzie zależała od obranej drogi łączącej stan początkowy i końcowy.
Dla określenia ilości ciepła niezbędnego do spowodowania określonego wzrostu temperatury stosuje się wielkość zwaną pojemnością cieplną C.
Pojemność cieplna nie określa jednak ile ciepła przypada na dana jednostkę masy. pojemność tym celu wprowadza się kolejną wielkość zwaną ciepłem właściwym c.
Zjawisko przenoszenia energii zachodzące dzięki różnicy temperatur nosi nazwę przewodnictwa cieplnego. Ciała można scharakteryzować wielkością zwaną przewodnością cieplną. Ciała o dużej przewodności cieplnej są dobrymi przewodnikami ciepła. Natomiast ciała, dla których przewodność ma małą wartość są dobrymi izolatorami cieplnymi.
Z porównania tych wartości dla różnych ciał wynika, że dobrymi przewodnikami ciepła są metale, a dobrymi izolatorami niemetale i gazy.
Zjawiskami związanymi ze zmianą temperatury ciała są: zmiana rozmiarów i stanu skupienia ciała. Wraz ze wzrostem temperatury będzie rosła średnia odległość między atomami. Powoduje to zjawisko zwane rozszerzalnością cieplną. Zmiana któregokolwiek z wymiarów ciała nosi nazwę rozszerzalności liniowej.
Dla niektórych ciał, ciał nazwanych izotropowymi, zmiana rozmiaru przy danej zmianie temperatury jest jednakowa we wszystkich kierunkach.
W ciekawy sposób zachowuje się woda. Powyżej 4 stopni zachowuje się tak jak wszystkie ciecze czyli zwiększa swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury. I co interesujące zwiększa ją również przy obniżaniu temperatury w przedziale od 4 - 0 stopni. Takie zjawisko obserwowane jest jeszcze w niektórych ciałach krystalicznych i tych o podobnej budowie, jaką ma guma.
Jeśli ogrzewane jest ciało stałe, krystaliczne to jego temperatura wzrasta tylko do tzw. temperatury topnienia. Następnie dochodzi do stopniowego przechodzenia ciała w ciecz. Ilość ciepła potrzebna do stopienia jednostkowej masy ciała nosi nazwę ciepła topnienia.
Natomiast ciepło potrzebne do przeprowadzenia jednostkowej masy cieczy w parę o tej samej temperaturze nosi nazwę ciepła parowania.
