3.1 Układy termodynamiczne

Układ termodynamiczny, jego granica i otoczenie muszą być zdefiniowane, a rola wszystkich jego komponentów musi być zrozumiała, zanim będziemy mogli zbadać daną sytuację.
Równowaga termiczna między dwoma ciałami jest osiągnięta, gdy trzecie ciało jest w równowadze termicznej z każdym z tych ciał z osobna.
Ogólne równanie stanu dla układu zamkniętego ma postać $f (p, V, T) = 0$ , czego przykładem jest równanie stanu gazu doskonałego.

3.2 Praca, ciepło i energia wewnętrzna

Dodatnia (ujemna) praca jest wykonywana przez układ termodynamiczny podczas jego rozszerzania się (lub kurczenia).
Ciepło to energia przekazywana między dwoma ciałami (lub dwoma częściami układu) różniącymi się temperaturą.
Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest całkowitą energią mechaniczną cząsteczek składających się na ten układ.

Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest funkcją stanu i dlatego jest jednoznacznie określona dla każdego stanu równowagi układu.
W dowolnym termodynamicznym procesie wzrost energii wewnętrznej układu termodynamicznego jest określony przez dodane do układu ciepło pomniejszone o pracę wykonywaną przez układ.

Termiczne własności układu opisane są za pomocą zmiennych termodynamicznych. Dla gazu doskonałego zmienne te to: ciśnienie, objętość, temperatura oraz liczba cząsteczek lub moli gazu.
Dla układu będącego w równowagowym stanie termodynamicznym zmienne termodynamiczne są ze sobą powiązane przez równanie stanu.
Rezerwuar ciepła (termostat) jest tak duży, że kiedy wymienia ciepło z innymi układami, jego temperatura się nie zmienia.
Proces kwazistatyczny jest tak wolny, że układ, w którym on zachodzi, jest zawsze w równowagowym stanie termodynamicznym.
Proces odwracalny to taki, którego drogę można odwrócić.
Podstawowe typy procesów termodynamicznych to
1. izotermiczny, w którym temperatura układu jest stała;
2. adiabatyczny, w którym ciepło ani nie przepływa do układu, ani z niego nie odpływa;
3. izobaryczny, w którym ciśnienie układu jest stałe;
4. izochoryczny, w którym objętość układu jest stała.
Konsekwencje pierwszej zasady termodynamiki dla procesów termodynamicznych:
1. izotermicznego: $Δ U = 0 J$ , $Q = W$ ;
2. adiabatycznego: $Q = 0 J$ , $Δ U = - W$ ;
3. izobarycznego: $Δ U = Q - W$ ;
4. izochorycznego: $W = 0 J$ , $\prefop{\Delta} U = Q$ .

Dla gazu doskonałego molowa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu $C_{p}$ jest dana przez $C_p = C_V + R= dR/2 + R$ , gdzie $d$ to liczba stopni swobody każdej cząsteczki/jednostki układu.
Gaz rzeczywisty ma molową pojemność cieplną nieco wyższą niż molowa pojemność cieplna odpowiedniego gazu doskonałego, $C_{p} \approx C_{V} + R$ .

Krzywa kwazistatyczneego rozprężania adiabatycznego gazu doskonałego opada gwałtowniej niż krzywa rozprężania izotermicznego.
Rzeczywiste rozprężanie może być adiabatyczne, rzadko kwazistatyczne.