Termodinamika je fizikalna posebnost, namenjena preučevanju energije v velikih sistemih. Natančneje, termodinamika pojasnjuje razmerje med kinetično in potencialno energijo sistema s količino toplote in dela, ki ga sistem lahko proizvede. Z leti so inženirji in matematiki, med njimi Isaac Newton in James Joule, razvili tri univerzalna načela termodinamike. Ti so znani kot termodinamični zakoni.
"Zeroth" zakon
Nerodno imenovan "ničli" zakon termodinamike vzpostavlja načelo termodinamičnega ravnovesja. To opisuje težnjo, da se energija znotraj sistema enakomerno porazdeli po sistemu. Če na primer segrejete lonec z vodo, se vsa voda v loncu sčasoma dvigne na enakomerno temperaturo, čeprav ste toploto nanesli le na dno posode.
Prvi zakon
Prvi zakon termodinamike ali zakon o ohranjanju energije pojasnjuje, da energije v sistemu ni mogoče ustvariti ali uničiti. V katerem koli sistemu je skupna energija sistema, kot je opredeljena s kinetično in potencialno energijo, ki jo vsebuje je vedno enaka količini dela, ki ga opravi sistem, odšteti od količine toplote, dodane sistem. Ta zakon pojasnjuje, zakaj morate avtomobilu še naprej dodajati bencin, da bi se lahko vozili dlje. Vaš avto potencialno energijo, shranjeno v bencinu, pretvori v toploto in delo.
Drugi zakon
Drugi zakon termodinamike omejuje prenos energije znotraj sistema. Po zakonu je nemogoče prenesti 100 odstotkov razpoložljive energije iz enega dela sistema v drugega. Nagnjenost k izgubi energije je znana kot entropija. Na primer pri avtomobilskih motorjih, ne glede na to, kako učinkovita je zasnova, bo v procesu zgorevanja zaradi entropije zapravljen del potencialne energije v bencinu. Ta zakon pojasnjuje tudi, zakaj so večni gibalni stroji fizično nemogoči.