Termodynamik er studiet af energi, varme og arbejde i systemer. Det begyndte i det 19. århundrede, drevet af behovet for at forstå dampmaskiner. Det er siden blevet en af ​​de mest grundlæggende grene af fysikken. Termodynamik er bygget på fire love. Den nulte lov definerer temperatur. Den første lov er energibevarelse. Den anden lov siger, at entropien har en tendens til at stige. Den tredje lov siger, at det absolutte nulpunkt ikke kan nås. Tilsammen beskriver disse love, hvordan energi bevæger sig og ændrer sig i fysiske systemer.

Termodynamik handler ikke kun om motorer. Det gælder inden for kemi, biologi, geologi og kosmologi. Det forklarer, hvorfor varme strømmer fra varmt til koldt, hvorfor evighedsmaskiner er umulige, og hvorfor universet har en tendens til uorden. Det bruges til at designe kraftværker, køleskabe og klimaanlæg. Det bruges til at forstå levende organismers metabolisme. Det bruges til at studere det tidlige univers, hvor temperaturerne var ekstreme. Termodynamik er en makroskopisk teori. Den beskriver systemer i form af tryk, volumen, temperatur og entropi, uden reference til individuelle partikler. Statistisk mekanik forbinder disse makroskopiske størrelser med atomers og molekylers mikroskopiske adfærd.

Termodynamikkens love

• Zeroth. Definerer temperatur.
• Først. Energi bevares.
• Anden. Entropien har en tendens til at stige.
• Tredje. Det absolutte nulpunkt er uopnåeligt.

Termodynamik er ikke det samme som statistisk mekanik. Termodynamik er makroskopisk. Statistisk mekanik er mikroskopisk.