Termodinamica este domeniul științei care include relația dintre căldură și alte tipuri de energie. Termodinamica a fost descoperită și studiată începând cu anii 1800. La acea vreme, a fost legat și a câștigat importanță datorită utilizării motoarelor cu abur.
Termodinamica poate fi descompusă în patru legi. Deși adăugată la legile termodinamicii după celelalte trei legi, legea zero este de obicei discutată prima. Se afirmă că, dacă două sisteme sunt în echilibru termic cu un al treilea sistem, atunci ele sunt în echilibru termic unul cu celălalt. Cu alte cuvinte, dacă două sisteme au aceeași temperatură ca un al treilea sistem, atunci toate trei au aceleași temperaturi.
Prima lege a termodinamicii spune că energia totală a unui sistem rămâne constantă, chiar dacă este convertită dintr-o formă în alta. De exemplu, energia cinetică – energia pe care o posedă un obiect atunci când se mișcă – este convertită în energie termică atunci când un șofer apasă frânele mașinii pentru a o încetini. Adesea, există fraze care îi ajută pe oameni să-și amintească prima lege a termodinamicii: „Munca este căldură, iar căldura este muncă”. Practic, munca și căldura sunt echivalente.
A doua lege a termodinamicii este una dintre cele mai elementare legi din știință. Afirmă că căldura nu poate circula către un sistem la o temperatură mai mare de la un sistem la o temperatură mai scăzută prin propria sa voință. Pentru ca o astfel de acțiune să aibă loc, trebuie să se lucreze. Dacă un cub de gheață este pus într-o cană de apă caldă, cubul de gheață se topește pe măsură ce căldura din apă curge în el. Rezultatul final este o cană de apă care este puțin mai rece. Cuburile de gheață se pot forma numai dacă se folosește energie.
Un alt exemplu de a doua lege care funcționează numai cu adaos de energie poate fi văzut cu un frigider mai vechi. În acest caz, răcirea din interiorul frigiderului încălzește exteriorul acestuia. Deci, munca este făcută și munca face căldură. Lucrarea este finalizată de pompa frigiderului.
A doua lege a termodinamicii spune, de asemenea, că lucrurile se pot uza. De exemplu, dacă o casă din cărămidă este lăsată neîngrijită, ea se va prăbuși în cele din urmă din cauza vântului, a ploaiei, a frigului și a altor condiții meteorologice. Cu toate acestea, dacă un morman de cărămizi este lăsat nesupravegheat, nu va forma niciodată o casă, cu excepția cazului în care se adaugă muncă la amestec.
A treia lege a termodinamicii afirmă că schimbarea entropiei unui sistem atunci când acesta se transformă dintr-o formă în alta se apropie de zero pe măsură ce temperatura sa se apropie de zero pe scara Kelvin. Zero pe scara Kelvin este limita inferioară absolută a temperaturii – atunci când atomii și moleculele au cea mai mică energie posibilă. Entropia este definită ca disponibilitatea energiei unui sistem pentru a lucra. Deci, rezultă că există o scară absolută a entropiei. În consecință, niciun sistem real nu poate atinge vreodată zero grade pe scara Kelvin.