Termodinamika je područje znanosti koje uključuje odnos između topline i drugih vrsta energije. Termodinamika je otkrivena i proučavana počevši od 1800-ih. U to vrijeme se povezivalo i dobivalo na važnosti zbog uporabe parnih strojeva.
Termodinamika se može podijeliti na četiri zakona. Iako se dodaje zakonima termodinamike nakon ostala tri zakona, obično se prvi raspravlja o nultom zakonu. Kaže da ako su dva sustava u toplinskoj ravnoteži s trećim sustavom, onda su u toplinskoj ravnoteži jedan s drugim. Drugim riječima, ako su dva sustava iste temperature kao treći sustav, tada su sva tri iste temperature.
Prvi zakon termodinamike kaže da ukupna energija sustava ostaje konstantna, čak i ako se pretvara iz jednog oblika u drugi. Na primjer, kinetička energija – energija koju objekt posjeduje kada se kreće – pretvara se u toplinsku energiju kada vozač pritisne kočnice na automobilu kako bi ga usporio. Često postoje fraze koje pomažu ljudima da se prisjete prvog zakona termodinamike: “Rad je toplina, a toplina je rad”. U osnovi, rad i toplina su ekvivalentni.
Drugi zakon termodinamike jedan je od najosnovnijih zakona u znanosti. Navodi da toplina ne može teći u sustav s višom temperaturom iz sustava s nižom temperaturom svojom voljom. Da bi se takva akcija dogodila, mora se raditi. Ako se kocka leda stavi u šalicu tople vode, kocka leda se topi dok toplina iz vode teče u nju. Konačni rezultat je šalica vode koja je malo hladnija. Kockice leda mogu nastati samo ako se koristi energija.
Još jedan primjer drugog zakona koji radi samo s dodatkom energije može se vidjeti kod starijeg hladnjaka. U tom slučaju hlađenje unutrašnjosti hladnjaka zagrijava vanjsku stranu. Dakle, posao je obavljen i rad stvara toplinu. Radove završava pumpa hladnjaka.
Drugi zakon termodinamike također kaže da se stvari mogu istrošiti. Na primjer, ako se kuća od cigle ostavi nezbrinuta, na kraju će se raspasti od vjetra, kiše, hladnoće i drugih vremenskih uvjeta. Međutim, ako se gomila cigli ostavi bez nadzora, nikada neće formirati kuću, osim ako se mješavini ne doda rad.
Treći zakon termodinamike kaže da se promjena entropije sustava kada se pretvara iz jednog oblika u drugi približava nuli kako se njegova temperatura približava nuli na Kelvinovoj skali. Nula na Kelvinovoj ljestvici je apsolutna donja granica temperature – kada atomi i molekule imaju najmanju moguću energiju. Entropija se definira kao raspoloživost energije sustava za obavljanje posla. Dakle, slijedi da postoji apsolutna ljestvica entropije. Posljedično, nijedan stvarni sustav nikada ne može doseći nula stupnjeva na Kelvinovoj ljestvici.