能量以各种形式存在，如热能、物理能、化学能、辐射能（光等）和电能。热力学是研究热能在系统产生变化或者做功能力的学科。

热力学定律描述了能量守恒的原理。也就是说，能量既不能创生也不会消失，根据此原理一个封闭系统的总能量总是守恒的，从而保持恒定，只不过会从一种形式转变成另一种形式。因此，热是能量的一种形式，可以与功相互转化。

热力学第二定律表面物质都本能地朝着加大分子无序状态变化。熵是无序状态的度量标准：固态晶体是物质中具规则的结构形式，具有非常低的熵值。而气体处于更高程度的无序状态，因而具有较高的熵值。

具有作功能力的孤立能量系统的势能会随着熵的增加而减少。热力学第二定律表明热永远无法靠“自身作用”从冷源区转移到热源区。

1.3.2气体定律

波义尔定律指出，如果温度不变（等温），压力和体积的乘积也不变。其关系为：

P1×V1=P2×V2

P=绝对压力（pa）

V=容积（m³）

也就是说，在温度不变的情况下，如果压缩过程中容积减半，则压力增加1倍。

查理定律指出，如果压力不变（等压），气体体积变化与其温度的变化成正比。其关系式如下：

=

V=容积（m³）

T=绝对温度（K）

气体状态普遍定律是波义耳定律和查理定律的结合。该状态表示压力、容积与温度之间的相互关系。当一个参数变化时，至少会导致其他两个参数中的一个参数发生变化。其关系式如下：

=R

P=绝对压力（pa）

V=比容（m³/kg）

T=绝对温度（K）

R==气体常数（J/kgxK）

气体常数R只取决于气体的性质。如果气体质量m用体积V表示，其关系式可以写成为：

p×V=n××T

P=绝对压力（Pa）

V=容积（m³）

n=摩尔数

=通用气体常数

  =8.314（J/mol x K）

T=绝对温度（K)

1.3.3传热

任何物体内，或不同物体或系统之间只要存在温度差就会产生热传递，直到温度达到平衡。热传递可有三种不同的方式：传导、对流与辐射。实际上，热传递常常是以三种方式不同程度地同时进行。

传导是通过粒子的直接接触而发生的热量传递。传导发生在两个固体之间，或者是在液体或气体的薄层之间。振动的原子释放出其部分动能，传递给相邻的振动较小的原子。

Q=-λ×A×t×

Q=传递的热量（J)

λ=导热系数

A=热流面积（㎡）

T=时间（s）

ΔT=温度差（冷-热）（K）

Δx=距离（m）

对流是高温固体表面与相邻的静止或移动流体（气体或液体）之间的热交换，其中流体的某一部分与其他部分的混合会加强对流作用。对流可以是介质中因温差造成密度不同而产生自然运动进行自由对流。也可以是以流体在机械作用下的运动方式进行强迫对流，例如，风机或泵。由于更高的混合速度，强制对流显然会产生更加强烈的热交换。

Q=-h×A×t×ΔT

Q=传递的热量（J)

h=传热系数（W/㎡xK）

A=接触面积（㎡）

t=时间（s）

ΔT=温度（冷-热）（K)

热辐射是通过空间进行的热交换。所有温度高于0°K的物体都会通过电-磁辐射向各个方向传热。当热辐射到达一个物体时，部分能量被吸收并使该物体变热。未被吸收的热辐射，或穿透过物体，或被反射。