1. ábra. A gőzgép hőátadással végez munkát. A turisták rendszeresen utaznak ezzel a keskeny nyomtávú gőzmozdonyvonattal a Colorado állambeli Durangóban található San Juan Skyway közelében, amely a National Scenic Byways Program része. (hitel: Dennis Adams)

A hőátadás energiaátvitel, és ezt munkára lehet használni. Bármilyen más energiaformává is átalakítható. Egy autómotor például üzemanyagot éget el hőátadás céljából gázzá. A gáz munkát végez, mivel erőt fejt ki a távolságon keresztül, és energiáját számos más formára alakítja át – az autó mozgási vagy gravitációs potenciális energiájává; elektromos energiává a gyújtógyertyák, a rádió és a világítás működtetéséhez; és vissza az autó akkumulátorában tárolt energiává. A motorban az üzemanyag elégetésekor keletkező hőátadás nagy része azonban nem a gázzal végez munkát. Inkább az energia a környezetbe kerül, ami azt jelenti, hogy a motor meglehetősen gazdaságtalan.

Gyakran mondják, hogy a modern benzinmotorokat nem lehet jelentősen hatékonyabbá tenni. Ugyanezt halljuk a nagy erőművekben az elektromos energiára történő hőátadásról is, függetlenül attól, hogy azok szén-, olaj-, földgáz- vagy atomenergiával működnek. Miért van ez így? Vajon a hatástalanságot olyan tervezési problémák okozzák, amelyeket jobb tervezéssel és jobb anyagokkal meg lehetne oldani? Ez az energiaértékesítők pénzszerző összeesküvésének a része? Valójában az igazság sokkal érdekesebb, és sokat elárul a hőátadás természetéről.

Az alapvető fizikai törvények szabályozzák, hogyan zajlik a munka elvégzésére szolgáló hőátadás, és áthághatatlan korlátokat szabnak a hatékonyságnak. Ez a fejezet ezeket a törvényeket, valamint a hozzájuk kapcsolódó számos alkalmazást és fogalmat vizsgálja meg. Ezek a témák a termodinamika részét képezik – a hőátadás és annak a munka végzésével való kapcsolatának tanulmányozását.