Понятие теплоемкости связано с понятием количества теплоты. Напомним, что энергия, передаваемая телу окружающей средой (другим телом) без совершения работы, называется количеством теплоты. Процесс передачи энергии без совершения работы называется теплообменом.
Пусть при проведении определенного процесса с телом (термодинамической системой) ему сообщают в некоторый момент времени (точнее, в течение некоторого интервала времени) бесконечно малое количество теплоты 
. Будем считать > 0, если тело получает теплоту, и < 0, если отдает теплоту. Температура тела при этом изменяется на величину 
. При повышении температуры > 0, при понижении температуры <0. Теплоемкостью тела в данном процессе в некоторый момент времени называется величина
. (8.1)
Из определения теплоемкости не следует, что она должна оставаться постоянной в данном процессе. Теплоемкость может изменяться в течение процесса. В этом нет ничего удивительного, поскольку многие физические величины изменяются во времени (в течение процесса). Например, скорость автомобиля может изменяться при движении.
Ясно, что теплоемкость одного и того же тела зависит от характера процесса, проводимого с телом, и может быть положительной, отрицательной, нулевой и даже бесконечной в зависимости от процесса. Приведем примеры. Пусть есть газ в цилиндре с поршнем (рис. 8.1). Осуществим с этим газом четыре различных процесса.
Рис. 8.1.
Первый процесс. Будем подогревать газ, закрепив поршень. В таком процессе, когда объем газа постоянен, > 0 и > 0. Следовательно, C = / > 0. Теплоемкость газа в этом процессе положительна.
Второй процесс. Сжимаем газ, передвигая поршень влево. Газ будет нагреваться, т. е. 
. Дадим возможность газу отдавать теплоту через стенки цилиндра окружающей среде так, чтобы температура газа все же повышалась (поместим цилиндр в более холодную среду). Тогда количество теплоты, сообщенное газу (полученное газом), < 0, и теплоемкость газа в таком процессе отрицательна, так как и противоположного знака.
Третий процесс. Процесс сжатия газа проведем адиабатически, заключив цилиндр в теплонепроницаемую оболочку и теплоизолировав поверхность поршня от газа. В таком процессе = 0, > 0 и теплоемкость газа равна нулю.
Четвертый процесс. Будем сообщать газу теплоту, двигая при этом поршень вправо так, чтобы температура оставалась постоянной (изотермический процесс). Тогда = 0 и C = ∞. Теплоемкость газа в изотермическом процессе оказалась равной бесконечности.
Зависимость теплоемкости от характера процесса проявляется у газов в большей степени, чем у жидких и твердых тел. Это связано с тем, что жидкие и твердые тела при внешних воздействиях изменяют свой объем значительно меньше, чем газы и, следовательно, совершают над окружающими телами значительно меньшую (по модулю) работу. Работа тела над окружающими телами зависит от характера процесса с телом и влияет на величину теплоемкости в заданном процессе. Действительно, по первому закону термодинамики (закону сохранения энергии) количество теплоты, сообщаемое телу, идет на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над окружающими телами (см. § 10). Например, у большинства реальных газов теплоемкость (для некоторой массы газа) в процессе с постоянным давлением в 1,3–1,6 раза больше теплоемкости в процессе с постоянным объемом.