A termodinamika egy fizikai szakterület, amelyet a nagy rendszerek energiájának tanulmányozására fordítanak. Pontosabban, a termodinamika elmagyarázza a rendszer kinetikus és potenciális energiájának kapcsolatát a rendszer által termelt hő és munka mennyiségével. Az évek során a mérnökök és a matematikusok, köztük Isaac Newton és James Joule, a termodinamika három univerzális elvét dolgozták ki. Ezek a termodinamika törvényei.
A "Zeroth" törvény
A termodinamika kényelmetlenül elnevezett "nulladik" törvénye létrehozza a termodinamikai egyensúly elvét. Ez leírja a rendszeren belüli energia tendenciáját, hogy egyenletesen eloszlik a rendszerben. Ha például egy edény vizet melegít, akkor az edényben lévő összes víz végül egyenletes hőmérsékletre emelkedik, annak ellenére, hogy csak az edény aljára hevített.
Az első törvény
A termodinamika első törvénye vagy az energia megmaradásának törvénye megmagyarázza, hogy a rendszeren belüli energia nem hozható létre vagy semmisíthető meg. Bármely rendszerben a rendszer teljes energiája, amelyet a kinetikus és potenciális energia határoz meg rendszer, mindig megegyezik a rendszer által elvégzett munka mennyiségével, levonva a rendszer. Ez a törvény megmagyarázza, miért kell folyamatosan adagolnia benzint az autójába, hogy tovább lehessen haladni. Autója átalakítja a benzinben tárolt potenciális energiát hővé és munkává.
A második törvény
A termodinamika második törvénye korlátozza az energia transzferét a rendszeren belül. A törvény szerint lehetetlen a rendelkezésre álló energia 100 százalékát átvinni a rendszer egyik részéből a másikba. Az energiavesztésre való hajlamot entrópiának nevezik. Például az autómotorok esetében, függetlenül attól, hogy mennyire hatékony a tervezés, a benzinben lévő potenciális energia bizonyos része az entrópia miatt az égési folyamat során pazarolódik el. Ez a törvény azt is megmagyarázza, hogy az örökmozgók miért fizikailag lehetetlenek.