La loi zéro de la thermodynamique stipule que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, alors ils sont en équilibre thermique entre eux. Cette loi repose sur l’observation selon laquelle la chaleur circule d’un objet plus chaud vers un objet plus froid, et jamais l’inverse.
La première loi de la thermodynamique déclare que l’énergie ne peut pas être créée ou détruite, mais seulement transférée. Cette loi repose sur l’observation selon laquelle la quantité totale d’énergie dans un système isolé reste constante, même si l’énergie est transférée d’une forme à une autre.
La deuxième loi de la thermodynamique déclare que l’entropie d’un système fermé augmente toujours avec le temps. Cette loi repose sur le constat que le désordre augmente toujours dans un système fermé, et jamais l’inverse.
Ces trois lois peuvent être utilisées pour dériver un certain nombre d’autres équations thermodynamiques. Par exemple, l’équation de la variation de l’entropie d’un système est :
$$\Delta S =\frac{\Delta Q}{T}$$
où $\Delta S$ est le changement d'entropie, $\Delta Q$ est la chaleur ajoutée au système et $T$ est la température du système.
L’équation de la variation de l’énergie interne d’un système est la suivante :
$$\Delta U =\Delta Q - \Delta W$$
où $\Delta U$ est la variation de l'énergie interne, $\Delta Q$ est la chaleur ajoutée au système et $\Delta W$ est le travail effectué par le système.
L'équation de la variation de l'énergie libre de Gibbs d'un système est la suivante :
$$\Delta G =\Delta H - T\Delta S$$
où $\Delta G$ est le changement de l'énergie libre de Gibbs, $\Delta H$ est le changement d'enthalpie, $T$ est la température du système et $\Delta S$ est le changement d'entropie.
Ces équations ne sont que quelques exemples des nombreuses équations thermodynamiques qui peuvent être dérivées des lois de la thermodynamique. Ces équations sont utilisées pour étudier une grande variété de phénomènes, notamment le comportement des moteurs thermiques, des réfrigérateurs et des réactions chimiques.
