Fizikte enerji, bir cisime veya fiziksel bir sisteme aktarılan, işin performansında ve ısı ve ışık biçiminde tanınabilen niceliksel özelliktir. Enerji korunan bir miktardır; Enerjinin korunumu yasası, enerjinin istenen biçime dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) enerjinin ölçü birimi joule'dür (J).
Termodinamik; ısı, iş, sıcaklık ve enerji arasındaki ilişki ile ilgilenen bilim dalıdır. Basit bir ifadeyle termodinamik, enerjinin bir yerden başka bir yere ve bir biçimden başka bir biçime transferi ile ilgilenir. Bu süreçteki anahtar kavram, ısının, belirli bir mekanik işe denk gelen bir enerji biçimi olmasıdır.
Maxwell'in Cini veya Maxwell'in Şeytanı, İskoç fizikçi James Clerk Maxwell'in ikinci termodinamik yasasının geçerliliğini sorgulamak amacıyla 1867'de ortaya attığı bir "düşünce deneyi"dir.
Carnot çevrimi, Sadi Carnot tarafından 1820'lerde ortaya konmuş özel bir termodinamik çevrimdir ve Benoît Paul Émile Clapeyron tarafından 1830 ve 1840'lı yıllarda geliştirilmiştir.
Termodinamik çevrim, bir veya daha çok hal değişimi gerçekleştiren, iş veya enerji üreterek veya enerjiyi transfer ederek ilk haline dönen bir çalışma akışkanı içeren çevrimlerdir. Tabloda termodinamik çevrimlerin listesi verilmiştir.
Termodinamikte, izentropik proses, çalışma akışkanının entropisinin sabit kaldığı durumlarda gerçekleşen prosestir. Termodinamiğin ikinci yasası uyarınca şu denklem yazılabilir.
Termodinamikte ısıveren (ekzotermik) kelimesi ısı formunda enerji salan bir işlem veya reaksiyonu tanımlar. Kelimenin kökü Yunanca “dışında” anlamındaki önek “ex-“ ve “ısıtmak” anlamına gelen Yunanca kelime “thermein” kelimesinden gelmektedir. Ekzotermik bir işlemin zıddı, ısı formunda enerji alan endotermik bir işlemdir.
Termodinamikte, ısıalan (endotermik) kelimesi, ısı formunda enerji yutan reaksiyon veya işlem olarak tanımlanır. Endotermik kelimesinin köküne baktığımızda ‘’endo-‘’ “içine” anlamında önek, ‘’-termik’’ ise “ısıtmak” anlamına gelmektedir. Isıalan bir olayın zıddı, ısıveren yani ısı formunda enerji veren bir işlemdir. ”Endotermik” terimi ilk kez Marcellin Berthelot tarafından ortaya atılmıştır.
James Prescott Joule. İngiliz fizikçi. Isının mekanik iş ile olan ilişkisini keşfetti. Bu keşif, enerjinin korunumu kuramını ve oradan da termodinamiğin birinci yasasının eldesini sağladı. SI sistemindeki iş birimi joule, onun adına ithafen verilmiştir. William Thomson ile mutlak sıcaklık ölçeğini geliştirmiştir. Bir direnç üzerinden geçen elektrik akımının ısı yaydığını bulmuştur.
Sabit hacim çevrimleri, buji ile ateşlemeli motorlarda kullanılan, ateşlemenin piston üst ölü noktaya geldiği ve sıkıştırma sonu basıncının en üst seviyeye çıktığı anda bujilerden kıvılcım çaktırılarak yapılan bunun sonucunda da pistonu aşağıya iten maksimum basıncın elde edildiği çevrimlerdir. Sabit basınç ya da dizel çevrimlerinden farkı ateşleme sabit bir hacimde yapılması ve buji kullanılmasıdır. Sabit hacim derken, dizel çevrimlerinde olduğu gibi piston aşağıya doğru inerken sisteme ısı girişi yapılmamaktadır.
Termodinamikte, geri döndürülemez olan işlemlere tersinmez denir. Termodinamiğin bu bakış açısına göre, doğal olan bütün işlemler tersinmezdir. Tersinmezlik olgusu, bir termodinamik sistemde etkilenen moleküller başka bir termodinamik sisteme aktarılsa bile, yeni termodinamik sistemdeki atom ve moleküllerin diziliş ve düzenlerinin eski termodinamik sistemdekinden farklı olması nedeniyle oluşmaktadır. Belirli bir miktarda "dönüşüm enerjisi","çalışan cisim" molekülleri bir halden başka bir hale geçerken birbirleri üzerinde iş yaptıkları için harcanmalıdır. Bu dönüşüm esnasında belirli bir miktar ısı enerjisi moleküller arası sürtünme ve çarpışmalar nedeniyle kaybedilecek veya dağılacaktır. Bu enerji işlem ters çevirildiğinde geri kazanılabilir olmayacaktır. Bu durum Rudolf Clausius tarafından "Termodinamik süreçte kullanılabilir olmayan bir miktar ısı vardır." şeklinde ifade edilmiştir.
Theodore William Richards Amerikalı kimyacı, 1914 Nobel Kimya Ödülü sahibi. Nobel ödülünü "çok sayıdaki kimyasal elementin atom ağırlıklarının doğru bir şekilde saptanmasından dolayı" kazandı.
Termodinamik yasaları, termodinamiğin temelini oluşturan dört yasadır. Termodinamik proseslerdeki ısı ve iş transferlerinin yapısını tanımlar.
Isıl kütle, Albert Einstein'ın kütle enerji denkliğinden bulunulan sıcaklık akımında termal enerji denkliği olarak tanımlanır. Isıl kütle teorisi, Zeng-Yuan Guo tarafından ileri sürülmüş kütle enerji çiftliğine ait sıcaklıkla ilgili konvensiyonel süreçte enerji gibi veya transfer sürecinde kütle özellikleri gösterir. Kütle sıcaklık, sıcaklık transferinde duruma ve kütle sıcaklığına neden olur. Kütle sıcaklığın oldukça küçük olduğu için çok nadir ölçülür ancak çok hızlı sıcaklık veya çok aşırı sıcaklık transferinde kendi değerini gösterebilir. Geleneksel olan Kalori teorisinden ayrılan kütle olmadan madde ısı olarak hareket eder. Isıl kütle teorisi kütle ile akışkan madde olarak hareket eder.
Atmosferik termodinamik, dünya üzerindeki ısının, iklim veya hava koşulları dahilinde işe dönüşmesini inceleyen alandır. Klasik termodinamikin kurallarını takip eden atmosferik termodinamik nemli hava,bulutların oluşumu, astronomik conveksiyon, sınır tabakası meteorolojisi,ve atmosferdeki dikey durağanlık gibi fenomenlerin üzerinde çalışır. Atmosferik termodinamik şemalarfırtına tahmin araçlarının geliştirilmesinde kullanılır. Atmosferik termodinamik Sayısal hava modellerinde bulut mikrofizik ve konveksiyon (iklim) parametrizasyonlara için bir temel teşkil eder ve pek çok iklimi göz önünde tutmak için kullanılır buna konvektif –denge iklimi modeli de dahil.
Termodinamikte, sistemin termodinamik durumu, durum fonksiyonları olarak bilinen uygun değişken değerleriyle tam olarak tanımlanabilir. Termodinamik değişkenlerinin değerleri bir sistem için bir kere belirlendiğinde, termodinamiğin bütün özelliklerinin değerleri eşsiz bir şekilde belirlenmiş olur. Genellikle, termodinamik durum termodinamik dengenin biri olarak varsayılır. Yani, bu durum bir sistemin sadece belli bir süredeki durumu değil, durum süresiz uzunlukta aynı ve değişmezdir.
Isıl denge, kimya biliminde maddelerin son sıcaklıklarının eşit olma durumudur. Isıl denge değeri her daim, bir araya konulan maddelerin ilk sıcaklıkları arasında bir değerdedir. Isıca yalıtılmış bir kaba hem sıcak hem de soğuk su koyulursa, sıcak sudan soğuk suya enerji aktarımı gerçekleşir. Enerji aktarımı her zaman sıcaktan soğuğa doğrudur. Böylece etkileşim sonucunda sıcak madde soğur, soğuk madde ısınır. Bu olay, sıcaklıklar eşitlenene kadar devam eder. Bu durum "Qalınan = Qverilen" şeklinde sembolize edilir.
Kütle aktarımı, genellikle buhar, faz, fraksiyon ya da bir bileşen olarak tanımlanan kütlenin bir yerden başka bir yere net hareketidir. Kütle aktarımı absorpsiyon, buharlaşma, kurutma, çökeltme, membran filtrasyonu ve damıtma gibi birçok işlemde gerçekleşmektedir. Kütle aktarımı farklı bilim dalları tarafından farklı işlem ve mekanizmalar için kullanılmaktadır. Kütle aktarımı ifadesi mühendislikte genellikle kimyasal türlerin fiziksel sistemler içinde difüz ve konvektif taşınımını kapsayan fiziksel işlemler için kullanılır.
Taşınım olayı (veya taşınım fenomeni), mühendislik, fizik ve kimyada gözlemlenen ve üzerine araştırma gerçekleştirilen sistemlerin, kütle, enerji, yük, momentum ve açısal momentum değişimiyle ilgilenen çalışmalardır. Sürekli ortamlar mekaniği ve termodinamik gibi pek çok farklı alandan yararlanırken, ele aldığı konular üzerindeki ortaklıklara önemli düzeyde vurgu yapmaktadır.
Kimyasal termodinamik, termodinamik kanunlarının sınırları içinde, ısı ve işin kimyasal reaksiyonlarla veya fiziksel hâl değişiklikleriyle karşılıklı ilişkisinin incelenmesidir. Kimyasal termodinamik, yalnızca çeşitli termodinamik özelliklerin laboratuvar ölçümleriyle değil, aynı zamanda matematiksel yöntemler kullanılarak kimyayla ilgili sorulara cevap aranmasıyla ve kimyasal süreçlerin kendiliğinden gerçekleşme eğiliminin araştırılmasıyla da ilgilenir.