Termodynamika to specjalność fizyki poświęcona badaniu energii w dużych układach. Mówiąc dokładniej, termodynamika wyjaśnia związek między energią kinetyczną i potencjalną systemu a ilością ciepła i pracy, jaką system może wytworzyć. Przez lata inżynierowie i matematycy, w tym Isaac Newton i James Joule, opracowali trzy uniwersalne zasady termodynamiki. Są one znane jako prawa termodynamiki.
Prawo „zero”"
Niezręcznie nazwane „zerowe” prawo termodynamiki ustanawia zasadę równowagi termodynamicznej. Opisuje tendencję energii w systemie do równomiernego rozłożenia w całym systemie. Jeśli na przykład podgrzejesz garnek z wodą, cała woda w garnku w końcu wzrośnie do jednolitej temperatury, nawet jeśli podgrzałeś tylko dno garnka.
Pierwsze Prawo
Pierwsza zasada termodynamiki, czyli zasada zachowania energii, wyjaśnia, że energii w systemie nie można tworzyć ani niszczyć. W dowolnym systemie całkowita energia systemu, określona przez energię kinetyczną i potencjalną zawartą w system, jest zawsze równa ilości pracy wykonanej przez system odejmowanej od ilości ciepła dodanego do system. To prawo wyjaśnia, dlaczego musisz stale dodawać benzynę do samochodu, aby jechać dalej. Twój samochód zamienia energię potencjalną zmagazynowaną w benzynie na ciepło i pracę.
Drugie Prawo
Druga zasada termodynamiki ogranicza przepływ energii w systemie. Zgodnie z prawem niemożliwe jest przeniesienie 100 procent dostępnej energii z jednej części systemu do drugiej. Tendencja do utraty energii nazywana jest entropią. Na przykład w przypadku silników samochodowych, bez względu na wydajność konstrukcji, część energii potencjalnej zawartej w benzynie zostanie zmarnowana w procesie spalania z powodu entropii. Prawo to wyjaśnia również, dlaczego maszyny perpetuum mobile są fizycznie niemożliwe.