Як випливає з першого закону термодинаміки, внутрішня енергія системи, тобто енергія її внутримолекулярного і міжмолекулярної руху накопичується і витрачається за рахунок двох принципово різних потоків енергії - роботи і теплообміну. Причому, в кількісному відношенні обидві форми потоку енергії можуть навіть компенсувати один одного. Так, можливий процес, коли теплоприток, що надходить до системи, збігається за величиною з роботою системи, спрямованої в зовнішнє середовище: Q = L. У такому процесі згідно з першим законом внутрішня енергія системи буде залишатися незмінною, U2 = U1. але незмінною тільки в кількісному відношенні. Зміни, звичайно, неминучі, але вже щодо якості внутрішньої енергії. А саме, може і повинен змінюватися характер внутримолекулярного і міжмолекулярної руху як носія внутрішньої енергії. Що розуміється під зміною якості внутрішньої енергії, випливає з теоретичної фізики. Там з'ясовується, що спостережуване рівноважний стан термодинамічної системи (її макро стан) насправді є безперервна хаотична послідовність величезної кількості відрізняються один від одного мікро станів - миттєвої сукупності значень енергії кожної з безлічі частинок. Ці мікростану (кадри) безперервно чергуються в межах даного макросостоянія внаслідок перенесення енергії між рухомими частинками при їх зіткненнях, взагалі при їх взаємодіях. В силу принципу квантування енергії чисельність микросостояний (відрізняються кадрів) виражається хоча і дуже великим, але кінцевим числом. Це число микросостояний безпосередньо не пов'язане ні одним з вище розглянутих параметрів і функцій рівноважного стану системи. Отже, вона сама є самостійним параметром або функцією рівноважного стану термодинамічної системи, визначаючи якість її внутрішньої енергії. При здійсненні рівноважної роботи (Адіабатний процес) число микросостояний не змінюється, при теплообміні - змінюється. Для відображення цього числа в термодинаміки передбачена спеціальна величина - питома ентропія. Її позначення - s, одиниця виміру - кДж / кг / К. відповідно
- ентропія системи масою m.
У таблицях термодинамічних властивостей робочих тіл питома ентропія s представлена поряд з ентальпії як функція будь-яких двох термічних параметрів стану, зазвичай температури і тиску.
У курсах фізики і в класичних посібниках з термодинаміки наводиться кілька способів докази, що питома теплової потік dq в разі рівноважного процесу пов'язаний зі зміною питомої ентропії ds системи рівністю
де Т - абсолютна термодинамічна температура. виражена в кельвінах. s - питома ентропія, кДж / кг / К.
Видно, що ентропія не змінюється (ds = 0) в рівноважному адіабатні процесі, при dq = 0.
Звідси рівняння першого закону для одного кг закритої системи набуває вигляду
T ds = du + p dv. (1-7)
Його називають основним рівнянням термодинаміки для рівноважних процесів. Ці рівняння відкривають дорогу до обчислень у випадках, коли в закритій системі заданий рівноважний процес, наприклад, ізотермічний, ізобарний або ін. І відомі термодинамічні властивості робочого тіла в кожному стані, через яке проходить процес.
Рівність (1-6) дозволяє універсальним способом обчислювати теплові потоки в будь-яких рівноважних процесах, аби була відома залежність між температурою і ентропією процесу. Дійсно, для довільного рівноважного процесу зі стану 1 в стан 2 питома теплоприток визначиться формулою загального вигляду
В окремому випадку рівноважного ізотермічного процесу (Т = const) маємо