Ciepło w fizyce – jeden z dwóch, obok pracy, sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu[1]. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów).
Ciepło oznacza również ilość energii wewnętrznej przekazywanej w procesie cieplnym[2]. Aby uniknąć nieporozumień, dla odróżnienia ciepła jako zjawiska fizycznego od ciepła jako wielkości fizycznej można używać określenia wymiana cieplna[3] lub cieplny przepływ energii na określenie procesu, a ilość ciepła na wielkość fizyczną określającą zmianę energii wewnętrznej wywołaną tym zjawiskiem.
Ciepło (jako wielkość fizyczna) przepływa między ciałami, które nie znajdują się w równowadze termicznej (czyli mają różne temperatury) i wywołuje zwykle zmianę temperatur[3] ciał pozostających w kontakcie termicznym. Przepływ ciepła wywołuje w otoczeniu zmianę chaotycznego ruchu atomów. Przepływ energii wywołujący uporządkowany ruch atomów w otoczeniu jest pracą[4].
Jednostką ciepła w układzie SI jest (od 1948 roku[1]) dżul [1J]. Tradycyjnie we wzorach fizycznych ciepło oznacza się literą Q.
W innych układach jednostek ciepło wyrażane jest przez kalorie, ergi.
Spis treści |
W termodynamice klasycznej ciepłem jest zmiana energii wewnętrznej układu niepowodująca wykonania pracy makroskopowej[5][4]. Zgodnie z I zasadą termodynamiki w układzie zamkniętym ciepło dopływające do układu zmienia energię wewnętrzną lub powoduje wykonie pracy przez układ[6]:
gdzie: 
– praca wykonana przez układ nad otoczeniem.
Przepływ energii będący ciepłem zmienia entropię układu. Dla procesów zachodzących w stałej temperaturze zmianę entropii określa poniższy wzór, przy czym równość zachodzi dla procesów odwracalnych, a nierówność dla procesów nieodwracalnych:
Niewielką zmianę entropii wywołaną przepływem ciepła opisuje wzór[4]:
Ciepło jest formą zmiany energii układu[4] zależną od drogi procesu. Ilość ciepła nie jest jednoznacznie określona stanem początkowym i końcowym układu, a zależy od sposobu (drogi) przeprowadzenia procesu, dlatego ciepło jest funkcją procesu[4].
W termodynamice statystycznej zmiana energii układu jest wynikiem oddziaływań cząsteczek biorących udział w danym procesie[4]. Jeżeli ruchy cząsteczek są uporządkowane to z makroskopowego punktu widzenia zmianę energii uznaje się pracę, a gdy nieuporządkowane, to za ciepło (cieplny przepływ energii)[4].
Z mikroskopowego punktu widzenia energia wewnętrzna jest sumą energii kinetycznej chaotycznego ruchu jego cząstek oraz energii wzajemnego oddziaływania na siebie tych cząstek. Przepływ energii w wyniku nieuporządkowanego ruchu cząsteczek jest ciepłem (cieplnym przepływem energii). Gdy zmiana energii wynika z uporządkowanego ruchu cząsteczek, to z makroskopowego punktu widzenia zmiana energii jest pracą[7].
Transport ciepła (cieplny przepływ energii) może zachodzić poprzez:
W języku codziennym przez ciepło rozumie się temperaturę otoczenia na poziomie optimum termicznego (komfort cieplny). Takie znaczenie słowa "ciepło" może być źródłem nieporozumień. Wynika to z faktu, że w języku potocznym termin ten określa stan ciała, a w terminologii fizycznej – wielkość związaną ze zmianą energii wewnętrznej. Stwierdzenie, że coś jest "cieplejsze" oznacza w języku fizyki, że ma wyższą temperaturę. Nieporozumienia mają też sens historyczny. Sam termin "ciepło" związany jest z hipotetycznym fluidem "cieplik", który - podobnie jak eter - nie istnieje.
