Termodinamica este o specialitate fizică dedicată studiului energiei în cadrul sistemelor mari. Mai precis, termodinamica explică relația dintre energia cinetică și potențială a unui sistem la cantitatea de căldură și de muncă pe care o poate produce sistemul. De-a lungul anilor, inginerii și matematicienii, inclusiv Isaac Newton și James Joule, au dezvoltat trei principii universale ale termodinamicii. Acestea sunt cunoscute sub numele de legile termodinamicii.
Legea „Zeroth”
Legea incorect denumită „zero” a termodinamicii stabilește principiul echilibrului termodinamic. Aceasta descrie tendința energiei dintr-un sistem de a se răspândi uniform în tot sistemul. Dacă încălziți o oală cu apă, de exemplu, toată apa din oală va crește în cele din urmă la o temperatură uniformă, chiar dacă ați aplicat căldură doar pe fundul oalei.
Prima lege
Prima lege a termodinamicii, sau legea conservării energiei, explică faptul că energia din cadrul unui sistem nu poate fi creată sau distrusă. În orice sistem, energia totală a sistemului, așa cum este definită de energia cinetică și potențială conținută în, este întotdeauna egal cu cantitatea de muncă realizată de sistem scăzută din cantitatea de căldură adăugată la sistem. Această lege explică de ce trebuie să continuați să adăugați gaz la mașină pentru a conduce mai departe. Mașina ta transformă energia potențială stocată în benzină în căldură și muncă.
A doua lege
A doua lege a termodinamicii constrânge transferul de energie într-un sistem. Conform legii, este imposibil să se transfere 100% din energia disponibilă dintr-o parte a sistemului în alta. Tendința de a pierde energie este cunoscută sub numele de entropie. De exemplu, în cazul motoarelor auto, indiferent cât de eficient este designul, o parte din energia potențială din benzină va fi irosită în procesul de ardere din cauza entropiei. Această lege explică, de asemenea, de ce aparatele de mișcare perpetuă sunt imposibile fizic.