Termodinamika ir fizikas specialitāte, kas veltīta enerģijas izpētei lielās sistēmās. Precīzāk, termodinamika izskaidro sistēmas kinētiskās un potenciālās enerģijas saistību ar siltuma un darba daudzumu, ko sistēma var radīt. Gadu gaitā inženieri un matemātiķi, tostarp Īzaks Ņūtons un Džeimss Džūls, ir izstrādājuši trīs universālus termodinamikas principus. Tie ir pazīstami kā termodinamikas likumi.
"Zeroth" likums
Neērti nosauktais "nulles" termodinamikas likums nosaka termodinamiskā līdzsvara principu. Tas raksturo enerģijas tendenci sistēmā vienmērīgi izplatīties visā sistēmā. Piemēram, ja jūs sildāt ūdens trauku, viss potā esošais ūdens galu galā paaugstināsies līdz vienmērīgai temperatūrai, kaut arī siltumu lietojāt tikai katla apakšā.
Pirmais likums
Pirmais termodinamikas likums jeb enerģijas saglabāšanas likums paskaidro, ka enerģiju sistēmā nevar radīt vai iznīcināt. Jebkurā sistēmā kopējā sistēmas enerģija, ko nosaka kinētiskā un potenciālā enerģija, kas atrodas sistēma vienmēr ir vienāda ar sistēmas paveikto darbu, atņemot no siltuma daudzuma, kas pievienots sistēmai sistēmā. Šis likums izskaidro, kāpēc jums ir jāturpina pievienot automašīnai benzīnu, lai brauktu tālāk. Jūsu automašīna pārveido benzīnā uzkrāto potenciālu enerģiju siltumā un darbā.
Otrais likums
Otrais termodinamikas likums ierobežo enerģijas pārnesi sistēmā. Saskaņā ar likumu nav iespējams 100 procentus no pieejamās enerģijas pārnest no vienas sistēmas daļas uz otru. Tieksme zaudēt enerģiju ir pazīstama kā entropija. Piemēram, automobiļu dzinēju gadījumā neatkarīgi no tā, cik efektīva ir konstrukcija, daļa no benzīnā esošās potenciālās enerģijas entropijas dēļ tiks izšķiesta degšanas procesā. Šis likums arī izskaidro, kāpēc mūžīgās kustības mašīnas ir fiziski neiespējamas.