Tepelná energie označuje energii uloženou v systému, jež je odpovědná za jeho teplotu. Teplo je proud tepelné energie. Celá vědní disciplína fyziky, termodynamika, se zabývá tím, jak je teplo mezi jednotlivými systémy převáděno a jaká práce se v různých procesech koná (viz První zákon termodynamiky).

V kontextu úloh na mechaniku nás zajímá především role tepelné energie v zajištění zachování energie. Téměř všechny druhy převodu energie se v reálných systémech dějí s účinností nižší než 100 %, přičemž se přemění na tepelnou energii. Tato energie je obvykle ve formě nízkoenergetické tepelné energie. Nízkoenergetická značí, že teplota s ní spojená je velmi blízká teplotě okolního prostředí. Práci je možno konat pouze existuje-li nějaký teplotní rozdíl. Tato nízkoenergetická tepelná energie tedy značí „konec cesty“ převodu energie. Žádná užitečná práce již není možná, energie je „ztracena v okolním prostředí“.

Uvažujme příklad člověka tlačící krabici po hrubé podlaze konstantní rychlostí, jak je znázorněno na Obrázku 1. Jelikož třecí síla není konzervativní silou, vykonaná práce není uložena ve formě potenciální energie. Všechna práce vykonaná třecí silou je převedena do formy tepelné energie systému krabice-podlaha. Tato tepelná energie bývá představována jako teplo mezi krabicí a podlahou zvyšující teplotu oběma tělesům.

Hledání změny celkové tepelné energie $\mathrm{\Delta }{E}_T$‍ systému krabice-podlaha může být provedeno nalezením celkové práce vykonané třením. Vzpomeňme si, že se krabice pohybuje konstantní rychlostí; to znamená, že třecí síla a aplikovaná síla mají stejnou velikost. Práce vykonané oběma silami jsou si tudíž také rovny.

Pomocí definice práce vykonané silou rovnoběžnou se směrem pohybu tělesa podél dráhy $d$‍ získáme:

Je-li součinitel smykového tření roven ${\mu }_k$‍, pak lze psát:

Cvičení 1a: Uvažujme, že člověk na Obrázku 1 tlačí krabici a udržuje konstantní rychlost. Krabice má hmotnost $100\mathrm{kg}$‍ a pohybuje se po dráze $100\mathrm{m}$‍. Součinitel smykového tření mezi krabicí a podlahou je ${\mu }_k=0,3$‍. Jaké množství tepelné energie bude dodáno do systému krabice-podlaha?

Cvičení 1b: Tlačí-li člověk na krabici, spoléhá se na tření mezi podrážkami svých bot a podlahou. Je u podrážek bot nějaká změna tepelné energie z důvodu tlačení krabice?

Odporová síla, která vzniká vůči pohybujícímu se tělesu působením tekutiny, například vzduchu nebo vody, je dalším příkladem nekonzervativní síly.

Pohybuje-li se těleso tekutinou, část hybnosti se předá a tekutina se rozpohybuje. Zastaví-li se těleso, v tekutině bude patrný zbytkový pohyb, který po nějakém čase ustane. Děje se zde to, že pohyb v tekutině ve větším měřítku je nakonec rozdělen do mnoha malých náhodných pohybů molekul v tekutině. Tyto pohyby odpovídají zvýšené tepelné energii systému.

Na Obrázku 2 je znázorněn systém tepelně izolované nádrže s vodou s ponořenou hřídelí. Na hřídel jsou připevněny dvě lopatky a celé je to uvedeno v pohyb kolem své osy. Jakákoliv práce vykonána otočením hřídele v tomto systému má za následek převod kinetické energie vodě. Je-li hnací síla z hřídele odstraněna, i po čase bude patrný nějaký pohyb. Tento pohyb nicméně ustane a bude mít za následek zvýšení tepelné energie vody.

Zajímavostí je, že systém podobný tomu na Obrázku 2 byl použit Jamesem Prescottem Joulem (1818–1889), po kterém je pojmenována jednotka SI veličiny energie. Pomocí lopatkového kola ponořeného v nádrži s velrybím olejem, které bylo poháněno padajícím závažím, byl schopen určit vztah mezi mechanickou energií a teplem. To vedlo k formulaci zákona zachování energie a Prvního zákona termodynamiky.

Cvičení 2a: Uvažujme lopatkové kolo vyobrazené na Obrázku 2, jež je poháněno elektrickým motorem, který po dobu 30 minut koná výstupní práci 10 W. Kolik tepelné energie je převedeno vodě?

Cvičení 2b (rozšíření): Obsahuje-li nádrž na počátku $1\mathrm{litr}$‍ vody o teplotě ${10}^{\circ }\mathrm{C}$‍, jaká bude teplota vody po vypnutí motoru, jakmile se hladina uklidní?