Termodinamika yra fizikos specialybė, skirta energijos tyrimams didelėse sistemose. Tiksliau, termodinamika paaiškina sistemos kinetinės ir potencialios energijos santykį su šilumos ir darbo kiekiu, kurį sistema gali pagaminti. Per daugelį metų inžinieriai ir matematikai, įskaitant Isaacą Newtoną ir Jamesą Joule'ą, sukūrė tris universalius termodinamikos principus. Tai vadinama termodinamikos dėsniais.
„Zeroto“ įstatymas
Nepatogiai pavadintas „nulinis“ termodinamikos dėsnis nustato termodinaminės pusiausvyros principą. Tai apibūdina energijos energijos polinkį tolygiai pasiskirstyti sistemoje. Pavyzdžiui, jei kaitinsite puodą su vandeniu, visas puode esantis vanduo ilgainiui pakils iki vienodos temperatūros, nors šilumą tepote tik puodo dugne.
Pirmasis įstatymas
Pirmasis termodinamikos dėsnis arba energijos išsaugojimo dėsnis paaiškina, kad energijos sistemoje negalima sukurti ar sunaikinti. Bet kurioje sistemoje visa sistemos energija, apibrėžta kinetinės ir potencialios energijos, esančios sistemoje sistema, visada yra lygi sistemos atlikto darbo kiekiui, atėmus iš šilumos, pridėtos prie sistema. Šis įstatymas paaiškina, kodėl norėdami važiuoti toliau, į savo automobilį turite vis įpilti dujų. Jūsų automobilis potencialią benzine sukauptą energiją paverčia šiluma ir darbu.
Antrasis įstatymas
Antrasis termodinamikos dėsnis riboja energijos perdavimą sistemoje. Pagal įstatymą neįmanoma 100 procentų turimos energijos perduoti iš vienos sistemos dalies į kitą. Polinkis prarasti energiją yra žinomas kaip entropija. Pavyzdžiui, automobilių variklių atveju, kad ir koks būtų konstrukcijos efektyvumas, dėl entropijos degimo procese bus švaistoma tam tikra dalis benzine esančios potencialios energijos. Šis įstatymas taip pat paaiškina, kodėl amžinojo judesio mašinos yra fiziškai neįmanomos.