La thermodynamique est une spécialité de physique consacrée à l'étude de l'énergie dans les grands systèmes. Plus précisément, la thermodynamique explique la relation entre l'énergie cinétique et potentielle d'un système et la quantité de chaleur et de travail que le système peut produire. Au fil des ans, les ingénieurs et les mathématiciens, y compris Isaac Newton et James Joule, ont développé trois principes universels de la thermodynamique. Ceux-ci sont connus comme les lois de la thermodynamique.

La loi de "Zeroth"

La loi "zeroth", maladroitement nommée, de la thermodynamique établit le principe de l'équilibre thermodynamique. Ceci décrit la tendance de l'énergie au sein d'un système à s'étendre uniformément dans tout le système. Si vous chauffez une casserole d'eau, par exemple, toute l'eau dans le pot atteindra finalement une température uniforme même si vous avez seulement appliqué de la chaleur au fond du pot.

La Première Loi

La première loi de la thermodynamique, ou la loi de la conservation de l'énergie, explique que l'énergie au sein d'un système ne peut être créée ou détruite. Dans tout système, l'énergie totale du système, telle que définie par l'énergie cinétique et potentielle contenue dans le système, est toujours égale à la quantité de travail effectuée par le système soustraite de la quantité de chaleur ajoutée au système. Cette loi explique pourquoi vous devez continuer à ajouter du gaz à votre voiture afin de conduire plus loin. Votre voiture convertit l'énergie potentielle stockée dans l'essence en chaleur et travail.

La deuxième loi

La deuxième loi de la thermodynamique limite le transfert d'énergie dans un système. Selon la loi, il est impossible de transférer 100% de l'énergie disponible d'une partie du système à l'autre. La tendance à perdre de l'énergie est connue sous le nom d'entropie. Dans le cas des moteurs de voiture, par exemple, peu importe l'efficacité de la conception, une partie de l'énergie potentielle dans l'essence sera gaspillée dans le processus de combustion en raison de l'entropie. Cette loi explique aussi pourquoi les machines à mouvement perpétuel sont physiquement impossibles.