الديناميكا الحرارية هي دراسة الطاقة والحرارة والشغل في الأنظمة. بدأت في القرن التاسع عشر، مدفوعةً بالحاجة إلى فهم المحركات البخارية. ومنذ ذلك الحين، أصبحت أحد أهم فروع الفيزياء. تقوم الديناميكا الحرارية على أربعة قوانين. القانون الصفري يُعرّف درجة الحرارة. القانون الأول هو قانون حفظ الطاقة. القانون الثاني ينص على أن الإنتروبيا تميل إلى الزيادة. القانون الثالث ينص على أنه لا يمكن الوصول إلى الصفر المطلق. مجتمعةً، تصف هذه القوانين كيفية انتقال الطاقة وتغيرها في الأنظمة الفيزيائية.

لا يقتصر علم الديناميكا الحرارية على المحركات فحسب، بل يشمل الكيمياء، والأحياء، والجيولوجيا، وعلم الكونيات. فهو يفسر انتقال الحرارة من الساخن إلى البارد، واستحالة آلات الحركة الدائمة، وميل الكون نحو الفوضى. ويُستخدم في تصميم محطات توليد الطاقة، والثلاجات، ومكيفات الهواء. كما يُستخدم لفهم عمليات الأيض في الكائنات الحية، ودراسة الكون المبكر حيث كانت درجات الحرارة متطرفة. الديناميكا الحرارية نظرية ماكروسكوبية، تصف الأنظمة بدلالة الضغط، والحجم، ودرجة الحرارة، والإنتروبيا، دون الإشارة إلى الجسيمات الفردية. أما الميكانيكا الإحصائية، فتربط هذه الكميات الماكروسكوبية بالسلوك الميكروسكوبي للذرات والجزيئات.

قوانين الديناميكا الحرارية

• Zeroth. يحدد درجة الحرارة.
• First. يتم الحفاظ على الطاقة.
• Second. يميل الانتروبيا إلى الزيادة.
• Third. الصفر المطلق غير قابل للتحقيق.

الديناميكا الحرارية ليست هي نفسها الميكانيكا الإحصائية. الديناميكا الحرارية علمٌ ماكروسكوبي، بينما الميكانيكا الإحصائية علمٌ ميكروسكوبي.