Warmte als energievorm
Omdat alle energievormen, inclusief warmte, in arbeid kunnen worden omgezet, worden hoeveelheden energie uitgedrukt in arbeidseenheden, zoals joules, foot-pounds, kilowatt-uren of calorieën. Er bestaan exacte relaties tussen de hoeveelheden warmte die aan een lichaam worden toegevoegd of eruit worden verwijderd en de grootte van de effecten op de toestand van het lichaam. De twee meest gebruikte eenheden van warmte zijn de calorie en de Britse thermische eenheid (BTU). De calorie (of gram-calorie) is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een gram water te doen stijgen van 14,5 tot 15,5 °C; de BTU is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een pond water te doen stijgen van 63 tot 64 °F. Eén BTU is ongeveer 252 calorieën. Beide definities geven aan dat de temperatuursveranderingen moeten worden gemeten bij een constante druk van één atmosfeer, omdat de hoeveelheden energie in kwestie gedeeltelijk van de druk afhangen. De calorie die wordt gebruikt om de energie-inhoud van levensmiddelen te meten is de grote calorie, of kilogram-calorie, gelijk aan 1000 gram-calorieën.
In het algemeen wordt de hoeveelheid energie die nodig is om een massa van een stof een bepaald temperatuurinterval te laten doorlopen, de warmtecapaciteit, of de soortelijke warmte, van die stof genoemd. De hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een lichaam één graad te doen stijgen, varieert naar gelang van de opgelegde beperkingen. Indien warmte wordt toegevoegd aan een gas met een constant volume, is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur met één graad te doen stijgen, kleiner dan wanneer de warmte wordt toegevoegd aan hetzelfde gas dat vrij kan uitzetten (zoals in een cilinder met een beweegbare zuiger) en zo arbeid verricht. In het eerste geval wordt alle energie gebruikt om de temperatuur van het gas te doen stijgen, maar in het tweede geval draagt de energie niet alleen bij tot de temperatuurstijging van het gas, maar levert zij ook de energie die nodig is voor de arbeid die door het gas aan de zuiger wordt geleverd. Bijgevolg hangt de soortelijke warmte van een stof af van deze voorwaarden. De meest algemeen bepaalde soortelijke warmte is de soortelijke warmte bij constant volume en de soortelijke warmte bij constante druk. De warmtecapaciteit van veel vaste elementen werd in 1819 door de Franse wetenschappers Pierre-Louis Dulong en Alexis-Thérèse Petit in nauw verband gebracht met hun atoomgewicht. De zogenaamde wet van Dulong en Petit was nuttig bij het bepalen van de atoomgewichten van bepaalde metaalelementen, maar er zijn veel uitzonderingen op; de afwijkingen bleken later verklaarbaar op basis van de kwantummechanica.
Het is onjuist om te spreken van de warmte in een lichaam, omdat warmte beperkt is tot energie die wordt overgedragen. In een lichaam opgeslagen energie is geen warmte (en ook geen arbeid, want arbeid is ook energie in transit). Het is echter wel gebruikelijk om te spreken van voelbare en latente warmte. De latente warmte, ook verdampingswarmte genoemd, is de hoeveelheid energie die nodig is om een vloeistof bij constante temperatuur en druk in een damp om te zetten. De energie die nodig is om een vaste stof te smelten tot een vloeistof wordt de fusiewarmte genoemd, en de sublimatiewarmte is de energie die nodig is om een vaste stof direct te veranderen in een damp, waarbij deze veranderingen ook plaatsvinden bij een constante temperatuur en druk.
Lucht is een mengsel van gassen en waterdamp, en het is mogelijk dat het in de lucht aanwezige water van fase verandert; d.w.z. het kan vloeibaar worden (regen) of vast (sneeuw). Om een onderscheid te maken tussen de energie die gepaard gaat met de faseverandering (de latente warmte) en de energie die nodig is voor een temperatuursverandering, werd het begrip voelbare warmte geïntroduceerd. In een mengsel van waterdamp en lucht is de voelbare warmte de energie die nodig is om een bepaalde temperatuurverandering teweeg te brengen, met uitsluiting van de energie die nodig is voor een faseverandering.