A termodinâmica é o estudo da energia, do calor e do trabalho em sistemas. Surgiu no século XIX, impulsionada pela necessidade de compreender as máquinas a vapor. Desde então, tornou-se um dos ramos mais fundamentais da física. A termodinâmica baseia-se em quatro leis. A lei zero define a temperatura. A primeira lei é a conservação da energia. A segunda lei refere que a entropia tende a aumentar. A terceira lei refere que o zero absoluto não pode ser atingido. Em conjunto, estas leis descrevem como a energia se move e se transforma em sistemas físicos.

A termodinâmica não se limita aos motores. Aplica-se à química, biologia, geologia e cosmologia. Explica porque é que o calor flui do quente para o frio, porque é que as máquinas de movimento perpétuo são impossíveis e porque é que o universo tende para a desordem. É utilizada para projetar centrais elétricas, refrigeradores e aparelhos de ar condicionado. É utilizada para compreender o metabolismo dos organismos vivos. É utilizada para estudar o universo primitivo, onde as temperaturas eram extremas. A termodinâmica é uma teoria macroscópica. Descreve os sistemas em termos de pressão, volume, temperatura e entropia, sem referência às partículas individuais. A mecânica estatística liga estas grandezas macroscópicas ao comportamento microscópico dos átomos e das moléculas.

Leis da termodinâmica

• Zeroth. Define a temperatura.
• Primeiro. A energia conserva-se.
• Segundo. A entropia tende a aumentar.
• Terceiro. O zero absoluto é inatingível.

A termodinâmica não é o mesmo que mecânica estatística. A termodinâmica é macroscópica. A mecânica estatística é microscópica.