Termodynamika je fyzikální specialita věnovaná studiu energie ve velkých systémech. Přesněji řečeno, termodynamika vysvětluje vztah mezi kinetickou a potenciální energií systému k množství tepla a práci, kterou může systém produkovat. V průběhu let vyvinuli inženýři a matematici, včetně Isaaca Newtona a Jamese Jouleho, tři univerzální principy termodynamiky. Tito jsou známí jako zákony termodynamiky.
Zákon „Zeroth“
Nešikovně pojmenovaný „nultý“ zákon termodynamiky zakládá princip termodynamické rovnováhy. To popisuje tendenci energie v systému rovnoměrně se šířit po celém systému. Pokud například ohříváte hrnec s vodou, veškerá voda v hrnci nakonec vzroste na jednotnou teplotu, i když jste teplo aplikovali pouze na dno hrnce.
První zákon
První zákon termodynamiky nebo zákon zachování energie vysvětluje, že energii v systému nelze vytvořit ani zničit. V každém systému je celková energie systému, jak je definována kinetickou a potenciální energií obsaženou v systému se vždy rovná množství práce provedené systémem odečtené od množství tepla přidaného do systému Systém. Tento zákon vysvětluje, proč musíte do svého auta stále přidávat plyn, abyste mohli jet dál. Vaše auto přeměňuje potenciální energii uloženou v benzínu na teplo a práci.
Druhý zákon
Druhý zákon termodynamiky omezuje přenos energie v systému. Podle zákona je nemožné převést 100 procent dostupné energie z jedné části systému do druhé. Tendence ke ztrátě energie je známá jako entropie. Například v případě motorů automobilů, bez ohledu na to, jak efektivní je jejich design, bude určitá část potenciální energie v benzínu promarněna ve spalovacím procesu v důsledku entropie. Tento zákon také vysvětluje, proč jsou stroje s permanentním pohybem fyzicky nemožné.