Термодинамика је физичка специјалност посвећена проучавању енергије у великим системима. Прецизније, термодинамика објашњава однос између кинетичке и потенцијалне енергије система са количином топлоте и рада који систем може да произведе. Током година инжењери и математичари, укључујући Исааца Невтона и Јамеса Јоулеа, развили су три универзална принципа термодинамике. Они су познати као закони термодинамике.
Закон „Нула“
Неспретно назван „нулти“ закон термодинамике успоставља принцип термодинамичке равнотеже. Ово описује тенденцију енергије унутар система да се равномерно шири по систему. На пример, ако загрејете лонац са водом, сва вода у лонцу на крају ће порасти до једнолике температуре иако сте топлоту применили само на дно лонца.
Први закон
Први закон термодинамике, или закон очувања енергије, објашњава да се енергија у систему не може створити или уништити. У било ком систему, укупна енергија система, како је дефинисана кинетичком и потенцијалном енергијом садржаном у система, увек је једнак количини посла који је систем обавио одузети од количине топлоте додате у систем. Овај закон објашњава зашто морате непрестано додавати бензин у свој аутомобил да бисте се возили даље. Ваш аутомобил претвара потенцијалну енергију ускладиштену у бензину у топлоту и рад.
Други закон
Други закон термодинамике ограничава пренос енергије унутар система. Према закону, немогуће је пренијети 100 посто расположиве енергије из једног дијела система у други. Тежња ка губљењу енергије позната је као ентропија. На пример, у случају аутомобилских мотора, без обзира на ефикасност дизајна, неки део потенцијалне енергије у бензину ће се изгубити у процесу сагоревања због ентропије. Овај закон такође објашњава зашто су трајни мотори физички немогући.