Die Thermodynamik ist die Lehre von Energie, Wärme und Arbeit in Systemen. Sie entstand im 19. Jahrhundert aus dem Bedürfnis heraus, Dampfmaschinen zu verstehen. Seitdem hat sie sich zu einem der grundlegendsten Zweige der Physik entwickelt. Die Thermodynamik basiert auf vier Gesetzen. Das nullte Gesetz definiert die Temperatur. Das erste Gesetz ist der Energieerhaltungssatz. Das zweite Gesetz besagt, dass die Entropie tendenziell zunimmt. Das dritte Gesetz besagt, dass der absolute Nullpunkt nicht erreicht werden kann. Zusammen beschreiben diese Gesetze, wie sich Energie in physikalischen Systemen bewegt und verändert.

Die Thermodynamik beschränkt sich nicht nur auf Motoren. Sie findet Anwendung in Chemie, Biologie, Geologie und Kosmologie. Sie erklärt, warum Wärme von warm nach kalt fließt, warum Perpetuum Mobile unmöglich sind und warum das Universum zur Unordnung tendiert. Sie dient der Konstruktion von Kraftwerken, Kühlschränken und Klimaanlagen. Sie hilft, den Stoffwechsel lebender Organismen zu verstehen. Sie wird zur Erforschung des frühen Universums eingesetzt, in dem extreme Temperaturen herrschten. Die Thermodynamik ist eine makroskopische Theorie. Sie beschreibt Systeme anhand von Druck, Volumen, Temperatur und Entropie, ohne einzelne Teilchen zu berücksichtigen. Die statistische Mechanik verbindet diese makroskopischen Größen mit dem mikroskopischen Verhalten von Atomen und Molekülen.

Gesetze der Thermodynamik

• Zeroth. Definiert die Temperatur.
• First. Energie wird eingespart.
• Second. Die Entropie neigt dazu, zuzunehmen.
• Third. Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar.

Thermodynamik ist nicht dasselbe wie statistische Mechanik. Die Thermodynamik ist makroskopisch, die statistische Mechanik mikroskopisch.