Thermodynamica is de studie van energie, warmte en arbeid in systemen. Het vakgebied ontstond in de 19e eeuw, gedreven door de behoefte om stoommachines te begrijpen. Sindsdien is het uitgegroeid tot een van de meest fundamentele takken van de natuurkunde. Thermodynamica is gebaseerd op vier wetten. De nulde wet definieert temperatuur. De eerste wet is de wet van behoud van energie. De tweede wet stelt dat de entropie de neiging heeft toe te nemen. De derde wet stelt dat het absolute nulpunt niet bereikt kan worden. Samen beschrijven deze wetten hoe energie zich verplaatst en verandert in fysische systemen.

Thermodynamica gaat niet alleen over motoren. Het is van toepassing op scheikunde, biologie, geologie en kosmologie. Het verklaart waarom warmte van warm naar koud stroomt, waarom perpetuum mobiles onmogelijk zijn en waarom het universum naar wanorde neigt. Het wordt gebruikt bij het ontwerpen van energiecentrales, koelkasten en airconditioners. Het wordt gebruikt om het metabolisme van levende organismen te begrijpen. Het wordt gebruikt om het vroege universum te bestuderen, waar de temperaturen extreem waren. Thermodynamica is een macroscopische theorie. Het beschrijft systemen in termen van druk, volume, temperatuur en entropie, zonder verwijzing naar individuele deeltjes. Statistische mechanica verbindt deze macroscopische grootheden met het microscopische gedrag van atomen en moleculen.

Wetten van de thermodynamica

• Zeroth. Definieert temperatuur.
• Eerst. Energie blijft behouden.
• Ten tweede. De entropie neemt doorgaans toe.
• Third. Het absolute nulpunt is onbereikbaar.

Thermodynamica is niet hetzelfde als statistische mechanica. Thermodynamica is macroscopisch, statistische mechanica is microscopisch.