Termodinamika
Klasična Karnotova toplotna mašina
Grane Klasična • Statistička • Hemijska • Ravnoteža / Neravnoteža
Zakoni Nulti • Prvi • Drugi • Treći
Sistemi Stanje Jednačina stanja • Idealni gas • Realni gas • Agregatna stanja • Ravnoteža • Kontrolisana zapremina • Instrumenti Procesi Izobarni • Izohorski • Izotermski • Adijabatski • Izentropski • Izentalpijski • Kvazistatički • Politropski • Slobodna ekspanzija • Reverzibilnost • Ireverzibilnost • Endoreverzibilnost Ciklusi Toplotni matori • Toplotne pumpe • Termalna efikasnost
Osobine sistema Termodinamički dijagrami • Intenzivne i ekstenzivne veličine Funkcije stanja Temperatura / Entropija • Uvod u entropiju • Pritisak / Zapremina • Hemijski potencijal / Broj čestica • Kvalitet pare • Redukovane osobine Procesne funkcije Rad • Toplota
Osobine materijala Specifični toplotni kapacitet  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Kompresibilnost  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Termalna ekspanzija  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$ Baza podataka osobina
Jednačine Karnotova teorema • Klauzijusova teorema • Fundamentalna relacija • Jednačina stanja idealnog gasa • Maksvelove relacije • Onsagerove recipročne relacije • Bridgmanove termodinamičke jednačine • Tabela termodinamičkih jednačina
Potencijali Slobodna energija • Slobodna entropija Unutrašnja energija ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpija ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholcova slobodna energija ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibsova slobodna energija ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$

Prvi zakon termodinamike izveo je H. L. F. von Helmholtz (1847.) na temelju Jouleovih i Carnotovih radova. Prema tom je zakonu zbroj količina topline i mehaničkoga rada u zatvorenom sustavu stalan:

${\displaystyle \mathrm {d} Q=\mathrm {d} U+p\cdot \mathrm {d} V}$

Količina topline dQ predana nekomu sustavu troši se samo na povećanje njegove unutarnje energije U (zagrijavanje) i na svladavanje vanjskoga tlaka p, a tlak se protivi povećanju obujma (volumena) sustava V. Prvi zakon termodinamike može se poopćiti u zakon očuvanja energije, prema kojem je u svakom zatvorenom sustavu zbroj svih oblika energije, uključujući i materiju, stalan. Drugim riječima to se može iskazati kao:^[1]

Energija zatvorenog sustava ne može nestati niti ni iz čega nastati, energija može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi, i ona je konstantna.

Ovaj zakon simbolički se može zapisati kao:

${\displaystyle \Delta U=\ W+\ Q}$.

Dakle: Porast unutarnje energije sustava = Rad sustava + Količina topline dovedena u sustav.

Prvi zakon termodinamike često se izražava kao: Perpetuum mobile prve vrste nije moguć. Perpetuum mobile prve vrste bio bi uređaj koji bi u nekom procesu proizvodio energiju ni iz čega.

Glavni članak: Zakon očuvanja energije

Da se trenjem stvara toplina, bilo je poznato već u staro doba kada se vatra dobivala tarući drvo o drvo. Znači, mehanički rad se može pretvoriti u toplinu. Da postoji određeni odnos između mehaničkog rada i toplinske energije prvi je utvrdio liječnik Robert Mayer 1843. Pokusima je taj brojčani odnos odredio engleski fizičar James Joule. Joule je izveo pokus tako da je uzeo dobro izoliranu posudu (da bi toplinski gubici bili što manji) u kojoj je voda. Na osovini koja se nalazi u posudi pričvršćene su lopatice koje se s osovinom mogu okretati zbog padanja utega težine G. Kada se lopatice okreću, nastaje trenje između tekućine i lopatica, pa se mehanički rad pretvara u toplinu. Kod padanja utega težine G za visinu h izvršen je mehanički rad:

${\displaystyle G\cdot h=m\cdot g\cdot h}$

Mjerenjem temperature vode prije i poslije pokusa dobije se računom da mehanički rad od 4 184 Nm proizvodi toplinu od 1 kcal. Prema tome, toplinska energija od 1 kcal je jednaka (ekvivalentna) mehaničkom radu od 4 184 Nm (J). Na toj činjenici osniva se prvi glavni stavak termodinamike koji glasi:

Toplina i mehanički rad su ekvivalentni, to jest jednako vrijedni.

Pretvaranje mehaničkog rada u toplinu zbiva se po određenom omjeru njihovih količina, i to tako da je:

1 kcal = 4 184 J = 1,16 ∙ 10^-3 kWh ^[2]

• Zakon očuvanja energije