Metan, kimyasal formülü CH4 (Karbon ve 4 Hidrojen atomu) olan bileşiktir. Normal sıcaklık ve basınçlarda gaz halinde bulunan metan, kokusuzdur. Doğalgazın bir bileşenidir ve önemli bir yakıttır. Oksijenin varlığında bir mol metanın yanmasıyla bir mol karbondioksit ve iki mol su ve 55.5 MJ/kg ısı açığa çıkar:
- CH4 + 2 O2 → CO2 + 2H2O+55.5 MJ/kg
Özgül ısı, öz ısı ya da ısınma ısısı, C.G.S. birimleri sistemine göre bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 C°, S.I. birimleri sistemine göreyse 1 kilogramının sıcaklığını 1 K° artırmak için gerekli olan ısı enerjisi miktarıdır.
İdeal gaz yasası, sadece teoride olan ideal gazların durumları hakkında denklemler sağlayan bir yasadır. Bir miktar gazın durumu; basıncı, hacmi ve sıcaklığına göre belli olur. Bu denklem aşağıdaki gibidir:
- P paskal olarak basınç,
- V kübik metre olarak hacim,
- n gazın mol sayısı,
- R gaz sabiti
- T Kelvin olarak sıcaklık
Benzinli motorda, yanma sabit hacimde gerçekleşir, dizel motorda ise yanma sabit basınçta gerçekleşir. Karma çevrimde ise günümüz modern dizel motorlarında olduğu gibi, yanmanın ilk aşaması sabit hacime yakın, son aşaması ise sabit basınca yakın gerçekleşmektedir. Bu yüzden ısının bir miktarının sabit hacimde, geri kalan kısmının da sabit basınçta sisteme verildiği bu çevrime karma çevrim denir.
Boyle yasası, gaz yasalarından biridir. 1662'de İrlandalı doğa filozofu Robert Boyle tarafından ilk defa basılmıştır. Yasa, Richard Towneley ve Henry Power tarafından Boyle'ın önüne getirilmiş ve Boyle da deneyleri yapıp sonuçları basmıştır. Robert Gunther ve bazı diğer otoritelere göre, deneyin aparatını hazırlayan Boyle'ın asistanı Robert Hooke, yasayı formülize eden insan olabilir. Hooke'un matematik konusundaki becerileri Boyle'ı aşıyordu. Hooke ayrıca, deneyler için gerekli olan vakum pompalarını da icat etmiştir. Fransız fizikçi Edme Mariotte (1620-1684), Boyle'dan bağımsız olarak formülü 1676'da bulmuştur. Bu nedenle de bu yasa, Mariotte ya da Mariotte-Boyle yasası olarak da isimlendirilebilir.
Gaz yasaları, gazlardaki termodinamik sıcaklık (T), basınç (P) ve hacim (V) aralarındaki ilişkileri açıklayan bir takım kanundur. Rönesans'ın geç dönemleriyle 19. yüzyıl arasındaki dönemde bulunmuş birkaç yasadan oluşur.
Charles yasası, gaz yasalarından biridir. Bu yasaya göre, sabit basınçta, herhangi bir miktardaki ideal gazın hacminin azalıp çoğalması, aynı oranda sıcaklığının da azalıp çoğalmasını etkiler.
Düdüklü tencere, yemekleri hızlı pişirmek için buhar ve yüksek basınç yararlanma prensibi ile çalışan tencere. Basınçla suyun kaynama derecesi arasındaki ilişkiden hareketle ortaya çıkmıştır. Düdüklü tencere yemekleri yüksek sıcaklıkta ve tamamen kapalı hâlde pişirdiğinden, yemeklerin pişme süresini en aza indiren, subap ile belirli bir kaynama noktasına ayarlanmış tenceredir. Düdüklü tencerelerde patlama tehlikesine karşı, basınca, dolayısıyla pişme derecesine göre ayarlanabilen bu subap, basınç artınca düdük hava kaçırarak tencerenin patlamasına engel olur. Düdüklü tencere ismini de bu nedenle almıştır.
Kinetik teori veya gazların kinetik teorisi, gazların basınç, sıcaklık, hacim gibi makroskobik özelliklerini moleküler bileşim ve hareketlerine bağlı olarak açıklayan teoridir. Esas olarak, teori Isaac Newton'un kanısının tersine basıncın moleküller arası statik itmeden kaynaklanmadığını, bunun yerine belli hızlarda hareket eden moleküller arası çarpışmalardan kaynaklandığını söyler. Kinetik teori aynı zamanda kinetik-moleküler teori veya çarpışma teorisi olarak da bilinir.
Kaynama, sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğunda, sıvının her yerinden gaz kabarcıklarının çıkması. Saf maddelerin sabit atmosfer basıncı altında kaynama noktası sabittir. Kaynama süresi boyunca maddenin sıcaklığı değişmez. Sıvı bir maddenin içine uçucu olmayan bir çözünen eklenirse çözeltinin kaynama noktası yükselir. Çözünen madde miktarı arttıkça kaynama noktası yükselecektir. Aynı ortamdaki bütün sıvıların kaynama anındaki buhar basınçları eşittir, ancak maddelerin kaynama sıcaklığı maddenin cinsine, saflığına ve ortamın dış basıncına bağlıdır. Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
Klasik istatistik fizikte eşbölüşüm teoremi bir sistemin ortalama enerjisi ile sıcaklığı arasında ilişki kuran genel bir teoremdir. Eşbölüşüm teoremi ayrıca eşbölüşüm yasası, enerjinin eşbölüşümü veya basitçe eşbölüşüm olarak da bilinir. Eşbölüşümün temel düşüncesi, termal dengede enerjinin çeşitli formları arasında eşit olarak paylaşılmasıdır; örneğin bir molekülün öteleme hareketindeki ortalama kinetik enerjisi dönme hareketindeki ortalama kinetik enerjiye eşit olmalıdır.
Boltzmann sabiti (k veya kB) enerji ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi veren fiziksel bir katsayıdır. Entropi ile aynı birime sahip olup Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann'ın adını taşır. Formülü, gaz sabitinin Avogadro sayısına bölümünden oluşmaktadır ve şu şekilde gösterilir:
Termal enerji, ortam veya sistem sıcaklığı sonucunda ortamdaki veya sistemdeki bir cismin veya maddenin potansiyel ve kinetik enerjileri toplamını ifade eden bir enerji biçimidir. Sistemde sıcaklık olmadığı müddetçe bu niceliği tanımlamak zor ve hatta anlamsız olabilir. Bu durumda herhangi bir termal iş söz konusu değildir.
Tepkime hızı, bir kimyasal tepkimenin gerçekleşme hızıdır. Belirli zaman aralığında, ürünlerin derişimindeki artma veya reaktantların derişimindeki azalma ile saptanır. Örneğin bir demir parçasının havadaki oksijenin etkisiyle paslanması yıllar alırken, bir kâğıdın yanması saniyeler içinde olur.
Dulong-Petit Yasası, bir termodinamik yasası olup, 1819 yılında Fransız fizikçiler Pierre Louis Dulong ve Alexis Thérèse Petit tarafından, bir kristalin molar özgül ısısı olarak ifade edilmiştir. Bu iki bilim insanı, deneysel yöntemle, bir dizi maddenin ağırlık başına düşen ısı kapasitesini, maddelerin tahmini göreceli atom ağırlıkları ile çarptıktan sona sabit bir derece yakın buldu. Bu atom ağırlıkları kısa süre öncesinde Dalton tarafında öne sürülmüştü. Modern anlamda, Dulong ve Petit, herhangi bir katı maddenin bir mol ısı kapasitesini ‘3R’olarak buldu. Burada ‘R’ evrensel gaz sabiti olarak ifade edilmektedir. Dulong ve Petit, buldukları ısı kapasitesinin R sabiti ile ilişkili olduğundan habersizdi, çünkü bu sabit, gazların kinetik teorisinden sonra tanımlanmıştı. 3R değeri yaklaşık olarak, Kelvin başına 25 Joul’dür. Aslında, Dulong ve Petit, kristallerin, bir mol atom başına düşen ısı kapasitesini bulmuştu.
Joule genişlemesi termodinamikte (ısıdevinimsel) geri dönülmez (tersinemez) bir süreçtir. Burada ısısal olarak yalıtılmış bölmeli kabın bir tarafına belli bir hacimde gaz konur, kalan diğer tarafı ise boşaltılmıştır. Kabın ortasındaki engel kaldırılır ve bir taraftaki gaz tüm kaba yayılır.
Termodinamik'in üçüncü yasası bazen ‘mutlak sıfır sıcaklığında dengede olan sistemlerin özelliklerine ilişkin’ olarak şu şekilde tanımlanır:
Sıcaklık ve basınç için standart koşullar ya da normal şartlar farklı veri setleri arasında karşılaştırma oluşturmaya izin vermek için kurulmuş olan deneysel olçümler için standart koşullardır. En çok kullanılan International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ve National Institute of Standards and Technology (NIST) standartlarıdır. Bunlar tüm dünya tarafında kabul edilmese de en çok kullanılar standart setlerdir. Diğer organizasyonlar kendi standartları için çeşitli alternatifler bulmuşlardır.
Yunan harfi σ (sigma) ile gösterilen fiziksel bir sabit olan Stefan-Boltzmann sabiti, Stefan-Boltzmann yasasında orantı sabitidir: "Termodinamik sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle orantılı olan siyah cismin sıcaklığı arttıkça, tüm dalga boylarına yayılan toplam yoğunluğu da artar" şeklinde açıklanabilmektedir. Termal radyasyon teorisi, moleküler, atomik ve atom altı seviyelerle ilişki kurmak için fiziği kullanarak kuantum mekaniği teorisini ortaya koyar. Sloven fizikçi Josef Stefan, sabiti 1879'da formüle etti ve daha sonra 1884'te Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann tarafından da türetildi. Denklem aynı zamanda Planck yasasından, belirli bir sıcaklıktaki tüm dalga boyları üzerinden küçük bir düz siyah cisim kutusunu temsil edecek şekilde bütünleştirilerek türetilebilir. "Yayılan termal radyasyon miktarı hızla artar ve radyasyonun ana frekansı sıcaklık arttıkça yükselir". Stefan-Boltzmann sabiti, ona çarpan tüm ışıyan enerjiyi emen ve yayan bir kara cisim tarafından yayılan ısı miktarını ölçmek için kullanılabilir. Ayrıca, Stefan-Boltzmann sabiti sabit sıcaklıklarda (K) yoğunluk birimine (W⋅m−2) dönüştürülmesine de olanak sağlar.
