Hőtan
Hőtan
A hő valójában egy energiafajta, mikroszkopikus mozgások energiájának makroszkopikus megjelenési formája. Ezt az azonosságot fejezi ki a hőmennyiség korábbi mértékegysége és az energia SI egysége közti összefüggés: 1 kcal = 4186 J (hőegyenérték), valamint a termodinamika I. főtétele: egy rendszer belső energiájának változása egyenlő a rajta (vagy az általa) végzett munka és a felvett (vagy leadott) hőmennyiség összegével. A fajhő az a hőmennyiség, amely az anyag egységnyi tömegének egységnyi hőmérséklettel való melegítéséhez szükséges. Az abszolút 0 fok az a hőmérséklet, amelynél minden mozgás megszűnik: ez a Kelvin-skála 0 pontja, a Celsius-skálán: –273,15 °C.
A termodinamika kezdetben a gázok állapotváltozásait tapasztalati törvényekkel leíró tudományág volt (pl. az általános gáztörvény szerint p x V/T = állandó, ahol a p a gáz nyomását, V a térfogatát, T pedig a hőmérsékletét jelöli egy tetszőleges állapotban), ma már azonban a sok-sok molekula együttes mozgását a nagy számok törvényei alapján értelmező statisztikus mechanikai alapokon nyugszik. A termodinamika II. főtétele a természetben lejátszódó folyamatok irányáról állítja, hogy „hő önmagától nem juthat hidegebb testről melegebb testre”. Ugyanez a törvény a statisztikus mechanika nyelvén: „egy zárt rendszer entrópiája, azaz az őt alkotó részecskék rendezetlenségének mértéke nem csökkenhet”. A III. főtétel is az entrópiával kapcsolatos: „az abszolút 0 fokhoz közeledve minden test entrópiája nullához tart”. A termodinamika főtételeinek nagy jelentősége van a hőerőgépek, hűtőgépek működésének megértésében, és annak igazolásában is, hogy lehetetlen örökmozgót, perpetuum mobilét építeni.
A hőtan külön fejezete foglalkozik a fázisátalakulásokkal, amelyek az anyag belső szerkezetének átrendeződéseivel vannak kapcsolatban (pl. halmazállapot-változások).
