hőtan thermodynanics (termodinamika) a fizikának az energiaátalakulásokkal foglalkozó ága. A különböző energiaformák mennyiségi összefüggéseit, az energiaegyensúlyi állapotokat vizsgálja. Nem foglalkozik az energia-kölcsönhatások módjával. Ez úgy is értelmezhető, hogy a hőtan az anyagátalakulásokkal járó energiaváltozásokat (energiaátalakulás, energiaáthelyeződés) leíró tudomány.

Alapelve: az energia változása meghatározott mennyiségű munkának felel meg. Ezért úgy is meghatározhatjuk a hőtant, hogy az energia hasznosításának (egyik formájából másikba való átalakulásának) tudománya.

hőtani fizikai mennyiségek olyan alapvető fizikai mennyiségek, amelyek jellemzik az egyensúlyi állapotban lévő energiafolyamatokat (hőtani történéseket). Ezek a hőmérséklet, az energia és a rendezetlenség.

hőtani kölcsönhatások a rendszer és a környezet közötti energiacserék formái, a belső energia megváltozásával járnak. (→belső energia).

hőtani mindenség thermodynamic universe a tárgy és környezetének olyan kiterjedésű együttese, amelyet nem ér külső hatás; vagyis önkényesen kijelölt elszigetelt rendszer. (→rendszer és környezet)

hőtani törvények thermodynamic laws az energia-kölcsönhatás törvényszerűségeit írják le. Négy törvény van: az első, második, harmadik és a nulladik törvény:

▪ Első törvény: Az energia megmaradását fogalmazza meg (a világmindenség energiája állandó). Azt mondja ki, hogy egy zárt rendszer belső energiájának változása (∆U) egyenlő a hőenergia és a munka összegével. Az energia a rendszerből ki, illetve a rendszerbe áramolhat. Ez kétféleképpen lehetséges: hőenergia átadásával és munkavégzéssel. A kettő összege állandó. Egyenlettel kifejezve: ∆U = Q + W (a Q a hőenergia átadása [= hő]; a W a munka). Ez az egyenlet a hőtan első törvénye.

Például ha a környezetből áramlik energia a rendszerbe, a rendszer belső energiája megnő, a környezet energiája azonos mértékben csökken. Az energianyerés kétféleképpen nyilvánulhat meg: a rendszer hőmérsékletének emelkedésében és munkában (a környezetnek a rendszeren végzett munkájában). Mondjuk, a környezet 100 J energia munkát végez a rendszeren, akkor a rendszer belső energiája 100 J-vel növekszik, környezeté ennyivel csökken.

Az első törvény értelmében bármilyen fizikai, vegyi, biológiai folyamatban a rendszer és környezetének energiatartalma állandó, csak változik: átalakulhat egyik formájából a másikba és/vagy vándorolhat egyik helyről a másikba.

▪ Második törvény: Az energiafolyamatok irányát fogalmazza meg, azt fejezi ki, hogy milyen energiafolyamat nem mehet végbe önmagában (külső ráhatás nélkül). Sokféleképpen határozzák meg. Alapvetően azt mondja ki, hogy a hő soha nem terjed a hidegebb helyről a melegebbe, nem adódhat át a hidegebb testről a melegebbre, illetve egy folyamatban vagy rendszerben az energia soha nem fordítódhat 100 százalékban munkára (külső segítség nélkül).

Másként: A második törvény azt mondja ki, hogy ha az energiainak lehetősége van, szétterjed a rendszer egészében, a nagyobb energiatartalmú helyről a kisebb energiatartalmúba, amíg az energia eloszlása egyensúlyba nem kerül. Ebben a rendezetlenség eléri tetőpontját, nincs energia munkavégzésre.

▪ Harmadik törvény: Kimondja, hogy a tökéletes 0°, amelyben minden energiamozgás megállna, egyetlen folyamatban, rendszerben sem érhető el. Ez azt jelenti, hogy valamiféle mozgás a hőenergia következtében mindig van. (→tökéletes 0 fok)

▪ Nulladik törvény: Ha két rendszer hőegyensúlyi állapotban van egy harmadikkal, a két rendszer egymással is hőegyensúlyi állapotban van. Például ha az A, a B és a C rendszerből az A és a B rendszer hőegyensúlyi állapotban van a C rendszerrel, akkor az A és a B rendszer között is hőegyensúlyi állapot van. Vagyis, ha A = B és B = C, akkor A is egyenlő C-vel (A = C). (→hőegyensúly-állapot)