Termodynamika to nauka o energii, cieple i pracy w układach. Jej początki sięgają XIX wieku, a jej motorem napędowym była potrzeba zrozumienia działania maszyn parowych. Od tego czasu stała się jedną z najbardziej fundamentalnych dziedzin fizyki. Termodynamika opiera się na czterech prawach. Zerowe prawo definiuje temperaturę. Pierwsze prawo to zasada zachowania energii. Drugie prawo mówi, że entropia ma tendencję wzrostową. Trzecie prawo mówi, że zera absolutnego nie da się osiągnąć. Razem prawa te opisują, jak energia przemieszcza się i zmienia w układach fizycznych.

Termodynamika nie dotyczy tylko silników. Ma zastosowanie w chemii, biologii, geologii i kosmologii. Wyjaśnia, dlaczego ciepło przepływa od gorąca do zimna, dlaczego perpetuum mobile jest niemożliwe i dlaczego wszechświat dąży do nieuporządkowania. Służy do projektowania elektrowni, lodówek i klimatyzatorów. Służy do zrozumienia metabolizmu organizmów żywych. Służy do badania wczesnego wszechświata, w którym panowały ekstremalne temperatury. Termodynamika to teoria makroskopowa. Opisuje systemy za pomocą ciśnienia, objętości, temperatury i entropii, bez odniesienia do pojedynczych cząsteczek. Mechanika statystyczna łączy te makroskopowe wielkości z mikroskopowym zachowaniem atomów i cząsteczek.

Prawa termodynamiki

• Zeroth. Definiuje temperaturę.
• Pierwsze. Energia jest zachowywana.
• Drugi. Entropia ma tendencję do wzrostu.
• Trzecie. Absolutne zero jest nieosiągalne.

Termodynamika to nie to samo, co mechanika statystyczna. Termodynamika jest makroskopowa. Mechanika statystyczna jest mikroskopowa.