La termodinamica è una specialità fisica dedicata allo studio dell'energia all'interno di grandi sistemi. Più specificamente, la termodinamica spiega la relazione tra l'energia cinetica e potenziale di un sistema alla quantità di calore e lavoro che il sistema può produrre. Nel corso degli anni, ingegneri e matematici, tra cui Isaac Newton e James Joule, hanno sviluppato tre principi universali della termodinamica. Queste sono note come le leggi della termodinamica.
La legge "Zeroth"
La legge "zero" della termodinamica, chiamata goffamente, stabilisce il principio dell'equilibrio termodinamico. Questo descrive la tendenza dell'energia all'interno di un sistema a diffondersi uniformemente in tutto il sistema. Se riscaldi una pentola d'acqua, ad esempio, tutta l'acqua nella pentola alla fine raggiungerà una temperatura uniforme anche se hai applicato il calore solo sul fondo della pentola.
La prima legge
La prima legge della termodinamica, o legge di conservazione dell'energia, spiega che l'energia all'interno di un sistema non può essere creata o distrutta. In ogni sistema, l'energia totale del sistema, come definita dall'energia cinetica e potenziale contenuta nel sistema, è sempre uguale alla quantità di lavoro svolto dal sistema sottratto alla quantità di calore aggiunta al sistema. Questa legge spiega perché devi continuare ad aggiungere benzina alla tua auto per guidare più lontano. La tua auto converte l'energia potenziale immagazzinata nella benzina in calore e lavoro.
La Seconda Legge
La seconda legge della termodinamica vincola il trasferimento di energia all'interno di un sistema. Secondo la legge, è impossibile trasferire il 100 percento dell'energia disponibile da una parte all'altra del sistema. La tendenza a perdere energia è nota come entropia. Nel caso dei motori delle automobili, ad esempio, non importa quanto sia efficiente il design, una parte dell'energia potenziale nella benzina verrà sprecata nel processo di combustione a causa dell'entropia. Questa legge spiega anche perché le macchine a moto perpetuo sono fisicamente impossibili.
