La thermodynamique est une spécialité de physique consacrée à l'étude de l'énergie au sein des grands systèmes. Plus précisément, la thermodynamique explique la relation entre l'énergie cinétique et potentielle d'un système et la quantité de chaleur et de travail que le système peut produire. Au fil des ans, des ingénieurs et des mathématiciens, dont Isaac Newton et James Joule, ont développé trois principes universels de la thermodynamique. Ce sont les lois de la thermodynamique.
La loi "zéro"
La loi de la thermodynamique « zéro » maladroitement nommée établit le principe de l'équilibre thermodynamique. Ceci décrit la tendance de l'énergie au sein d'un système à se répartir uniformément dans tout le système. Si vous chauffez une casserole d'eau, par exemple, toute l'eau dans la casserole finira par atteindre une température uniforme même si vous n'avez appliqué de la chaleur qu'au fond de la casserole.
La première loi
La première loi de la thermodynamique, ou loi de conservation de l'énergie, explique que l'énergie au sein d'un système ne peut être ni créée ni détruite. Dans tout système, l'énergie totale du système, telle que définie par l'énergie cinétique et potentielle contenue dans le système, est toujours égal à la quantité de travail effectuée par le système soustraite de la quantité de chaleur ajoutée au système. Cette loi explique pourquoi vous devez continuer à rajouter de l'essence à votre voiture pour rouler plus loin. Votre voiture convertit l'énergie potentielle stockée dans l'essence en chaleur et en travail.
La deuxième loi
La deuxième loi de la thermodynamique contraint le transfert d'énergie au sein d'un système. Selon la loi, il est impossible de transférer 100 % de l'énergie disponible d'une partie du système à une autre. La tendance à perdre de l'énergie est connue sous le nom d'entropie. Dans le cas des moteurs de voiture, par exemple, quelle que soit l'efficacité de la conception, une partie de l'énergie potentielle de l'essence sera gaspillée dans le processus de combustion en raison de l'entropie. Cette loi explique aussi pourquoi les machines à mouvement perpétuel sont physiquement impossibles.