什么是热能？
热能 是指由 分子和原子的随机运动 在某一系统内产生的能量。随着运动的加剧，产生的能量便越多。此能量会以热量的形式进行传递。
热能从一个系统流向另一个系统是热力学这一物理学分支的基础。凭借在热力学领域的发现，科学家们在整个物理科学领域取得了创新性的飞跃。如今，这些发现正在帮助推动替代能源新时代的到来。
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“热能”一词的起源可追溯到古代（约公元前 500 年）。然而，它的发现却通常会归功于 19 世纪的英国物理学家、数学家兼酿酒师 James Prescott Joule。
Joule 进行了机械能转换实验，并注意到他越是操控某一物质的速度，它就越热。通过观察摩擦与化学反应的温度变化，Joule 发现能量能以不同形式来呈现（例如，热量），且热量与机械功（通过施加外力而传递到物体或从物体内传出的能量）之间存在直接关联。
Joule 及其发现在他的职业生涯中一直受到怀疑。然而，我们现在却用“焦耳”（国际单位制（SI 单位）中的能量单位）来测量一个系统所做的功。他的发现为能量守恒 定律奠定了基础，而该定律指出，孤立系统的总能量会保持恒定。此发现推动了热力学 第一定律的产生
在四门物理科学中，热力学是物理学的其中一个分支，它专注于研究热量、功和温度，并深入了解它们与能量、熵以及物质和辐射等物理性质的关系。而在这些元素之间观察到的行为则符合四大定律：
热力学第零 定律
最初，第零定律未被视为一项独立的热力学定律，因为它隐含在其他三条定律中。该定律重点关注热平衡，即当两个临近的物体达到同一温度时便不再进行热能交换（试想热水与凉水杯均达到室温时的情况）。该定律规定，如果有两个系统各自与第三个系统处于热平衡状态，则这两个系统相互之间也会处于热平衡状态。在很多方面，第零定律均会作为一个传递属性来发挥作用。
热力学 第一定律
热力学第一定律的公式表达形式是对能量守恒定律的一个表达。它指出，能量既无法被创造也无法被毁灭，且只能从一种能量形式转化为另一种能量形式。因此，系统内的热量等于热源产生的热量。
热力学第二定律
热力学第二定律 以最简单的形式指出， 热量 会自发从较热的区域流向较冷的区域。但是，它否认了相反的情况：热量不会自发从较冷的区域流向较热的区域。这一区别是其中的关键所在，因为它将熵 （系统中的混乱程度或不确定性）的概念确立为一种物理性质。熵 会不断上升，直至达到热平衡的高度。
热力学 第三定律
虽被视为不可能，但热力学第三定律却指出：当系统的温度接近绝对零度时，系统的熵便会接近最小值。在绝对零度的概念中，系统内的所有活动均会停止，但此条件被视为不可能实现，因为分子永不可能绝对静止。但是理论上，零点或最低可能温度则为采用开尔文温标的 -273.15 摄氏度（或 -459.67 华氏度）。
能量可分为动能或 势能。 动能 可通过物体的运动来测量，且与质量和速度有关。 势能 是指物体基于若干因素而进行移动的概率，例如它的位置（该物体是悬浮在空中还是位于地面？）、属性（该物体是由什么物质组成的？）以及它与其他物体的关系（其他物体是否会导致它移动？）。
比如，有一颗球悬挂在一根绳子上。当球悬垂时，它便会储存势能。它没有在运动，但有可能会运动，因为重力作为一种位势力作用在它身上。如果将绳子剪断而球也落下，它便会产生动能，因为此时它是一个运动的物体。势能和动能的部分典型示例包括：
势能
储存在原子与分子键中的能量。
原子内储存的能量，而该能量可将原子核聚集在一起。
根据物体在引力场中的位置而储存在物体内的能量。
动能
通过名为电子的带电粒子而传递的能量。
通过电磁辐射而传递的能量。
通过热量或原子运动而传递的能量。
热能 是指系统内的总动能，而它能以振动、旋转或平移动能的形式来观测。但是，此外还存在一种“隐藏的”（更确切而言则是“微观的”）能量；它会以内能的形式存在，且它会考虑系统中的所有粒子，同时还会考虑动能和势能。
热能可通过三种方式进行传递：传导、对流和辐射。为了更好地理解每种方式的工作原理，我们将以炉子上的一壶沸水为例。
- 传导 是指能量通过固体材料进行流动。当火焰加热水壶时，能量会流遍整个物体并提高其表面温度。
- 对流是指通过流体运动而产生的能量流动。当水壶变热时，水会自行根据温差进行调节。当冷水被向下拖拽时，热水便会上升到顶部，从而形成一种名为“流体质量运动”的环流。
- 辐射是指能量通过波形进行流动。火焰产生的动能会通过电磁波进行传导，且一旦接触到物体（在本例中为水壶）便会转化为热量。
在本例中，分散的热量会通过三种状态来移动：固态、液态和气态。 热能可改变每个状态下的物体，甚至还可根据施加的 热量 而引发相变。它具体取决于潜热和 显热。
潜热 是指触发相变（将沸水变为蒸汽）所需的 热量 或能量。 显热 是指提高物质温度所需的能量（使水壶变得更烫的火焰）。每个物体均有自身的 比热容；即，将温度升高 1 摄氏度所需的 热量。水具有较高的比热，这意味着需要大量能量才能提高其温度；而空气的比热则较低，因为气体通常具有较低的 比热容。
热能 通常可以与 热量互换使用，但两者之间也存在细微差别。 热能 是指系统内分子和原子的运动所产生的能量。 而另一方面， 热量 是指热能从一个系统到另一系统的转移或流动。热能 和 热量均 以焦耳作为测量单位。
温度是指系统内产生的 平均动能 ，并以摄氏度、 华氏度、开尔文或兰氏度为单位。其中须注意的是，温度记录的是物体在特定时间的“热度”或“冷度”，而不是其能量。例如，温度无法反映系统释放的 热量。
思考这三者相互关系的另一种方式则是： 热能 是指系统中的总 能量 ， 热量是指从该系统传导到另一系统的能量流，而温度则是分子的 平均动能 。
太阳能是通过收集并汇聚太阳光线而产生的。通过使用反射器和接收器，太阳的能量可被放大并指向填充有传热流体的管子。此过程可激活水轮机，从而产生电能。
地热能存在于地壳中，因此它是一种储量丰富的资源。它通过向地下深入钻探可能流入热水的储层来获取。此类热水会被加以利用，并用于驱动可发电的涡轮机。
海洋 热能 转换 (OTEC) 利用海洋温度的变化（表面较暖，深处较冷）来产生 有用功（通常是以电力的形式存在）。鉴于海水丰沛且其容量较高，OTEC 被广泛视为一种可行的替代方案
将 热能 用作 可再生能源 可成为广大公司实现其 能源管理 战略多样化的有效途径。而更为重要的是，它可帮助企业通过减少消耗和改善节能来减轻对地球的进一步破坏。