熱力学は、系におけるエネルギー、熱、仕事の研究です。19世紀に蒸気機関の仕組みを理解する必要性から始まり、以来、物理学の最も基本的な分野の一つとなっています。熱力学は4つの法則に基づいています。第0法則は温度を定義します。第1法則はエネルギー保存の法則です。第2法則はエントロピーが増加する傾向があることを示しています。第3法則は絶対零度には到達できないことを示しています。これらの法則は、物理系におけるエネルギーの移動と変化を記述します。

熱力学はエンジンだけに関するものではありません。化学、生物学、地質学、宇宙論にも応用されます。熱が高温から低温へ流れる理由、永久機関が不可能な理由、宇宙が無秩序に向かう傾向がある理由を説明します。発電所、冷蔵庫、エアコンの設計にも用いられます。生物の代謝を理解するためにも用いられます。温度が極端だった初期宇宙の研究にも用いられます。熱力学は巨視的な理論です。個々の粒子を参照することなく、圧力、体積、温度、エントロピーの観点からシステムを記述します。統計力学は、これらの巨視的な量を原子や分子の微視的な挙動と結びつけます。

熱力学の法則

• Zeroth. 温度を定義します。
• First. エネルギーは保存されます。
• Second. エントロピーは増加する傾向があります。
• 第三に、 絶対零度は達成不可能です。

熱力学と統計力学は同じではありません。熱力学は巨視的なものであり、統計力学は微視的なものです。