当系统内存在某种能量变化时，系统会经历热力学过程，通常与压力、体积、内能、温度或任何类型的热传递的变化有关。

热力学过程的主要类型

有几种特定类型的热力学过程经常发生（在实际情况下），它们通常在热力学研究中被处理。每一个都有一个独特的特征来识别它，这在分析与过程相关的能量和功变化时非常有用。

• 绝热过程-没有热量进入或流出系统的过程。
• 等容过程-体积不变的过程，在这种情况下，系统不工作。
• 等压过程-压力不变的过程。
• 等温过程-温度不变的过程。

在一个进程中可以有多个进程。最明显的例子是体积和压力发生变化，导致温度或传热没有变化的情况——这样的过程是绝热和等温的。

热力学第一定律

用数学术语来说，热力学第一定律可以写成：

delta-U=Q-W或Q=delta-U+W此处

• delta-U=系统内能的变化
• Q=进入或离开系统的热量。
• W=由系统完成或在系统上完成的功。

当分析上述一个特殊的热力学过程时，我们经常（尽管不总是）发现一个非常幸运的结果——其中一个量减少到零！

例如，在绝热过程中，没有热传递，因此Q=0，导致内能和功之间存在非常直接的关系：δ-Q=-W。有关这些过程独特性质的更多具体细节，请参见这些过程的单独定义。

可逆过程

大多数热力学过程自然地从一个方向转到另一个方向。换句话说，他们有一个偏好的方向。

热量从较热的物体流向较冷的物体。气体膨胀填充房间，但不会自发收缩填充较小的空间。机械能可以完全转化为热能，但实际上不可能将热能完全转化为机械能。

然而，有些系统确实经历了可逆过程。一般来说，当系统本身和任何环境都始终接近热平衡时，就会发生这种情况。在这种情况下，对系统条件的微小改变可能会导致过程向相反方向发展。因此，可逆过程也称为平衡过程。

例1：两种金属（A和B）处于热接触和热平衡状态。金属A被加热到无限小的量，因此热量从它流向金属B。这个过程可以通过冷却A到无限小的量来逆转，此时热量将开始从B流向A，直到它们再次达到热平衡。

例2：气体在可逆过程中缓慢绝热膨胀。通过将压力增加无限小的量，同样的气体可以缓慢地绝热压缩回到初始状态。

应该注意的是，这些都是一些理想化的例子。出于实际目的，一个处于热平衡状态的系统一旦引入这些变化中的一种，就不再处于热平衡状态。。。因此，这个过程实际上并不是完全可逆的。这是一个理想化的模型，描述了这种情况是如何发生的，尽管通过仔细控制实验条件，可以进行一个非常接近完全可逆的过程。

不可逆过程与热力学第二定律

当然，大多数过程都是不可逆过程（或非平衡过程）。使用制动器的摩擦力对汽车起作用是一个不可逆转的过程。让气球中的空气进入房间是一个不可逆转的过程。在热水泥人行道上放置冰块是一个不可逆转的过程。

总的来说，这些不可逆过程是热力学第二定律的结果，热力学第二定律通常用系统的熵或无序来定义。

有几种方法可以表述热力学第二定律，但基本上它限制了任何热传递的效率。根据热力学第二定律，在这个过程中总会损失一些热量，这就是为什么在现实世界中不可能有一个完全可逆的过程。

热机、热泵和其他设备

我们称任何将热量部分转化为功或机械能的装置为热机。热机通过将热量从一个地方转移到另一个地方来实现这一点，并在这一过程中完成一些工作。

利用热力学，可以分析热机的热效率，这是大多数物理入门课程都涉及的主题。以下是一些在物理课程中经常分析的热机：

• 内燃式发动机-一种燃料动力发动机，如汽车中使用的发动机。“奥托循环”定义了常规汽油发动机的热力学过程。“柴油循环”指柴油发动机。
• 冰箱-热机反过来，冰箱从寒冷的地方（冰箱内部）获取热量，并将其转移到温暖的地方（冰箱外部）。
• 热泵-热泵是一种热机，类似于冰箱，通过冷却外部空气来加热建筑物。

卡诺循环

1924年，法国工程师萨迪·卡诺（Sadi Carnot）创造了一种理想化的、假设的发动机，该发动机具有符合热力学第二定律的最大可能效率。他得出了以下效率公式，即eCarnot：

TH和TC分别是热储液罐和冷储液罐的温度。由于温差很大，所以效率很高。如果温差较低，则效率较低。如果TC=0（即绝对值），则效率仅为1（100%效率），这是不可能的。