Возьмем производную по времени от удельной тепловой энергии, в общем случае

.

Если работа не совершается, А=0, и из общего уравнения получим уравнение теплового баланса .

В такой записи, где идет суммирование по всем компонентам, уравнение теплового баланса получено в предположении, что все компоненты вещества имеют одинаковую температуру, хотя в общем случае это не так.

Если концентрации частиц не меняются со временем, то уравнение теплового баланса будет иметь вид: .

Тогда можно ввести понятие эффективное время охлаждения t_Е – время, за которое устанавливается кинетическая температура, то есть вещество приходит в состояние равновесия. Математически t_Е определяется так:

Таким образом, для вычисления эффективного времени охлаждения получаем уравнение:

Чтобы рассчитать равновесную температуру среды, надо определить функции нагрева и охлаждения для важнейших процессов и приравнять их.