Thermodynamik ist ein physikalisches Spezialgebiet, das sich der Untersuchung von Energie in großen Systemen widmet. Genauer gesagt erklärt die Thermodynamik die Beziehung zwischen der kinetischen und potentiellen Energie eines Systems zur Menge an Wärme und Arbeit, die das System produzieren kann. Im Laufe der Jahre haben Ingenieure und Mathematiker, darunter Isaac Newton und James Joule, drei universelle Prinzipien der Thermodynamik entwickelt. Diese sind als Gesetze der Thermodynamik bekannt.
Das Gesetz "Null"
Der umständlich benannte "nullte" Hauptsatz der Thermodynamik begründet das Prinzip des thermodynamischen Gleichgewichts. Dies beschreibt die Tendenz der Energie innerhalb eines Systems, sich gleichmäßig über das System zu verteilen. Wenn Sie beispielsweise einen Topf mit Wasser erhitzen, wird das gesamte Wasser im Topf irgendwann eine gleichmäßige Temperatur erreichen, obwohl Sie nur den Boden des Topfes erhitzt haben.
Das erste Gesetz
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik oder der Energieerhaltungssatz erklärt, dass Energie innerhalb eines Systems nicht erzeugt oder zerstört werden kann. In jedem System ist die Gesamtenergie des Systems, definiert durch die kinetische und potentielle Energie, die in der ist immer gleich der vom System geleisteten Arbeit abzüglich der Wärmemenge, die dem System. Dieses Gesetz erklärt, warum Sie Ihrem Auto ständig Gas geben müssen, um weiter zu fahren. Ihr Auto wandelt die im Benzin gespeicherte potentielle Energie in Wärme und Arbeit um.
Das zweite Gesetz
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik beschränkt die Energieübertragung innerhalb eines Systems. Laut Gesetz ist es unmöglich, 100 Prozent der verfügbaren Energie von einem Teil des Systems auf einen anderen zu übertragen. Die Tendenz, Energie zu verlieren, wird als Entropie bezeichnet. Bei Pkw-Motoren zum Beispiel wird ein Teil der potentiellen Energie des Benzins, egal wie effizient die Konstruktion ist, aufgrund der Entropie im Verbrennungsprozess verschwendet. Dieses Gesetz erklärt auch, warum Perpetuum Mobile physikalisch unmöglich sind.