Termodinamika je področje znanosti, ki vključuje razmerje med toploto in drugimi vrstami energije. Termodinamiko so odkrili in preučevali v začetku 1800. stoletja. Takrat se je povezoval in pridobil na pomenu zaradi uporabe parnih strojev.
Termodinamiko lahko razdelimo na štiri zakone. Čeprav je dodan zakonom termodinamike po ostalih treh zakonih, se običajno najprej obravnava ničelni zakon. Navaja, da če sta dva sistema v toplotnem ravnotežju s tretjim sistemom, potem sta med seboj v toplotnem ravnotežju. Z drugimi besedami, če imata dva sistema enako temperaturo kot tretji sistem, potem so vsi trije enake temperature.
Prvi zakon termodinamike pravi, da celotna energija sistema ostane konstantna, tudi če se pretvori iz ene oblike v drugo. Na primer, kinetična energija – energija, ki jo ima predmet, ko se premika – se pretvori v toplotno energijo, ko voznik pritisne zavore na avtomobilu, da ga upočasni. Pogosto obstajajo fraze, ki ljudem pomagajo zapomniti prvi zakon termodinamike: “Delo je toplota, toplota pa delo.” V bistvu sta delo in toplota enakovredni.
Drugi zakon termodinamike je eden najosnovnejših zakonov v znanosti. Navaja, da toplota ne more teči v sistem z višjo temperaturo iz sistema z nižjo temperaturo po lastni volji. Da bi prišlo do takega dejanja, je treba opraviti delo. Če ledeno kocko damo v skodelico tople vode, se ledena kocka stopi, ko toplota vode teče vanjo. Končni rezultat je skodelica vode, ki je nekoliko hladnejša. Ledene kocke se lahko tvorijo le, če se porabi energija.
Še en primer drugega zakona, ki deluje samo z dodatkom energije, lahko vidimo pri starejšem hladilniku. V tem primeru hlajenje notranjosti hladilnika segreje zunanjost. Torej, delo je opravljeno in delo ustvarja toploto. Delo zaključi črpalka hladilnika.
Drugi zakon termodinamike tudi pravi, da se stvari lahko obrabijo. Na primer, če opečna hiša ostane neoskrbljena, se bo sčasoma sesula zaradi vetra, dežja, mraza in drugih vremenskih razmer. Če pa kup opek ostane brez nadzora, ne bo nikoli ustvaril hiše, razen če mešanici dodamo delo.
Tretji zakon termodinamike pravi, da se sprememba entropije sistema pri pretvorbi iz ene oblike v drugo približa nič, ko se njegova temperatura približa ničli na Kelvinovi lestvici. Nič na Kelvinovi lestvici je absolutna spodnja meja temperature – ko imajo atomi in molekule najmanjšo možno energijo. Entropija je opredeljena kot razpoložljivost energije sistema za opravljanje dela. Iz tega sledi, da obstaja absolutna lestvica entropije. Posledično noben pravi sistem ne more nikoli doseči nič stopinj na Kelvinovi lestvici.