Термодинаміка - це фізична спеціальність, присвячена вивченню енергії у великих системах. Більш конкретно, термодинаміка пояснює зв'язок між кінетичною та потенційною енергією системи з кількістю тепла та роботою, яку може виробляти система. Протягом багатьох років інженери та математики, включаючи Ісаака Ньютона та Джеймса Джоуля, розробили три універсальні принципи термодинаміки. Вони відомі як закони термодинаміки.
Закон "Нуль"
Незграбно названий "нульовий" закон термодинаміки встановлює принцип термодинамічної рівноваги. Це описує тенденцію енергії в системі до рівномірного розподілу по системі. Наприклад, якщо ви нагрієте казан з водою, вся вода в каструлі з часом підніметься до рівномірної температури, навіть якщо ви подавали тепло лише на дно каструлі.
Перший закон
Перший закон термодинаміки, або закон збереження енергії, пояснює, що енергія всередині системи не може бути створена або знищена. У будь-якій системі загальна енергія системи, що визначається кінетичною та потенційною енергією, що міститься в система завжди дорівнює обсягу роботи, виконаної системою, віднімається від кількості тепла, доданого до система. Цей закон пояснює, чому для того, щоб їхати далі, доводиться постійно підливати автомобіль до бензину. Ваш автомобіль перетворює потенційну енергію, що зберігається у бензині, у тепло та роботу.
Другий закон
Другий закон термодинаміки обмежує передачу енергії всередині системи. Відповідно до закону неможливо передати 100 відсотків наявної енергії з однієї частини системи в іншу. Тенденція втрачати енергію відома як ентропія. Наприклад, у випадку автомобільних двигунів, якою б ефективною не була конструкція, деяка частина потенційної енергії в бензині буде втрачена в процесі згоряння через ентропію. Цей закон також пояснює, чому вічні рухові машини фізично неможливі.