Termodynamika je fyzikálna špecialita venovaná štúdiu energie vo veľkých systémoch. Konkrétnejšie, termodynamika vysvetľuje vzťah medzi kinetickou a potenciálnou energiou systému k množstvu tepla a práci, ktorú systém dokáže vyprodukovať. V priebehu rokov vyvinuli inžinieri a matematici vrátane Isaaca Newtona a Jamesa Jouleho tri univerzálne princípy termodynamiky. Tieto procesy sú známe ako termodynamické zákony.
Zákon „Zeroth“
Nešikovne pomenovaný „nultý“ zákon termodynamiky ustanovuje princíp termodynamickej rovnováhy. Toto popisuje tendenciu energie v systéme sa rovnomerne rozložiť v celom systéme. Ak napríklad ohrejete hrniec s vodou, všetka voda v hrnci nakoniec stúpne na jednotnú teplotu, aj keď ste teplo vyvíjali iba na dno hrnca.
Prvý zákon
Prvý zákon termodynamiky alebo zákon zachovania energie vysvetľuje, že energiu v systéme nemožno vytvoriť alebo zničiť. V ktoromkoľvek systéme je celková energia systému definovaná kinetickou a potenciálnou energiou obsiahnutou v systému sa vždy rovná množstvu práce vykonanej systémom odpočítanej od množstva tepla pridaného do systému systém. Tento zákon vysvetľuje, prečo musíte do automobilu stále pridávať plyn, aby ste mohli jazdiť ďalej. Vaše auto premieňa potenciálnu energiu uloženú v benzíne na teplo a prácu.
Druhý zákon
Druhý zákon termodynamiky obmedzuje prenos energie v systéme. Podľa zákona je nemožné previesť 100 percent dostupnej energie z jednej časti systému do druhej. Tendencia straty energie sa nazýva entropia. Napríklad v prípade automobilových motorov, nech je ich konštrukcia akokoľvek efektívna, časť potenciálnej energie v benzíne bude zbytočne stratená v procese spaľovania v dôsledku entropie. Tento zákon tiež vysvetľuje, prečo sú stroje na trvalý pohyb fyzicky nemožné.