Energia internă a unui sistem termodinamic se poate modifica prin transfer (cedare sau primire) de energie între sistem şi mediul său.

Deosebim două modalităţi fundamentale de transfer de energie între sistem şi mediul său: fie schimbul de energie se datorează unei diferenţe de temperatură dintre sistem şi mediul său, fie nu.

 Numim căldură forma de transfer de energie între un sistem şi mediul său datorită diferenţei de temperatură dintre sistem şi mediul său.

Când cufunzi un ou fierbinte în apă rece, există o diferenţă de temperatură dintre ou (sitemul termodinamic considerat) şi mediul său (apa iniţial mai rece). Datorită acestei diferenţe de temperatură, oul cedează apei o cantitate de căldură. Aceeaşi cantitate de căldură o primeşte apa.

Suntem nevoiţi să deosebim o cantitate de căldură primită de una cedată. Am ales să considerăm pozitivă o cantitate de căldură primită şi negativă una cedată (figura 2−1).

 Provocarea 2-1

Un sistem este izolat termic de mediul său, astfel încât este împiedicat orice transfer de căldură între sistem şi mediul său. Oare mei poate avea loc vreun transfer de energie între acest sistem şi mediul său?

 Activitatea experimentală 2-1

Investighează transferul de energie dintre un sistem izolat termic şi mediul său.

Pasul 1. Desigilează din ambalajul său o seringă de unică folosinţă, având capacitatea 10 mL. Poziţionează pistonul în interiorul seringii, astfel încât să delimiteze 10 mL de aer.

Pasul 2. Astupă cu un deget capătul liber al seringii şi menţine−l astupat tot timpul acestui experiment. Apasă puternic pistonul.

Pasul 3. Eliberează brusc pistonul seringii. Observă ce se întâmplă.

Pasul 4. Foloseşte observaţiile făcute pentru a formula un răspuns la provocarea 2−1.

Aerul închis în seringă este bine izolat termic de mediul său extern (materialul din care este confecţionată seringa are conductibilitate termică redusă). Apăsând pistonul, transferi energie gazului din seringă, iar când eliberezi pistonul, gazul transferă energie mediului. În tot acest timp, transferul de căldură dintre aerul din seringă şi mediul său este neglijabil. Aşadar, un sistem termodinamic poate schimba energie cu mediul său chiar dacă nu există transfer de căldură.

 Numim lucru mecanic forma de transfer de energie între un sistem şi mediul său care nu este datorată diferenţei de temperatură dintre sistem şi mediul său.

Apăsând pistonul, acesta se deplasează. Pe parcursul deplasării pistonului, forţa pe care acesta o exercită asupra aerului din seringă efectuează lucru mecanic. Gazul primeşte lucru mecanic. Când eliberezi pistonul, gazul efectuează lucru mecanic, readucând pistonul în poziţia iniţială.

Suntem nevoiţi să deosebim lucrul mecanic primit de cel cedat. Vom considera pozitiv lucrul mecanic cedat şi negativ cel primit (figura 2−2).

Motivul pentru care am ales acelaşi semn atât pentru lucrul mecanic primit, cât şi pentru căldura cedată, este că un sistem poate primi oricât timp lucru mecanic eliberând energie sub formă de căldură, fără a−şi modifica starea.

Aşa se întâmplă, de exemplu, când încerci să găureşti cu un burghiu tocit. Deşi se transferă în permanenţă lucru mecanic piesei prin rotirea burghiului, starea piesei nu se modifică, aceasta transferând căldură mediului ambiant. Eliberarea unei cantităţi de energie sub formă de căldură poate compensa efectele aceleiaşi cantităţi de energie primită sub formă de lucru mecanic.