La termodinámica es una especialidad de la física dedicada al estudio de la energía dentro de grandes sistemas. Más específicamente, la termodinámica explica la relación entre la energía cinética y potencial de un sistema y la cantidad de calor y trabajo que el sistema puede producir. A lo largo de los años, los ingenieros y matemáticos, incluidos Isaac Newton y James Joule, han desarrollado tres principios universales de termodinámica. Estos se conocen como las leyes de la termodinámica.
La ley "cero"
La extrañamente llamada "cero" ley de la termodinámica establece el principio del equilibrio termodinámico. Esto describe la tendencia de la energía dentro de un sistema a extenderse uniformemente por todo el sistema. Si calientas una olla con agua, por ejemplo, toda el agua de la olla eventualmente se elevará a una temperatura uniforme aunque solo hayas aplicado calor al fondo de la olla.
La primera ley
La primera ley de la termodinámica, o ley de conservación de la energía, explica que la energía dentro de un sistema no se puede crear ni destruir. En cualquier sistema, la energía total del sistema, definida por la energía cinética y potencial contenida en el sistema, es siempre igual a la cantidad de trabajo realizado por el sistema restado de la cantidad de calor agregado a la sistema. Esta ley explica por qué tiene que seguir agregando gasolina a su automóvil para conducir más lejos. Su automóvil convierte la energía potencial almacenada en la gasolina en calor y trabajo.
La segunda ley
La segunda ley de la termodinámica limita la transferencia de energía dentro de un sistema. Según la ley, es imposible transferir el 100 por ciento de la energía disponible de una parte del sistema a otra. La tendencia a perder energía se conoce como entropía. En el caso de los motores de los automóviles, por ejemplo, no importa cuán eficiente sea el diseño, una parte de la energía potencial de la gasolina se desperdiciará en el proceso de combustión debido a la entropía. Esta ley también explica por qué las máquinas de movimiento perpetuo son físicamente imposibles.