Termodynamikken

Termodynamikken er en gren av fysikken som studerer energi, varme og arbeid i forhold til temperatur og tilstandsforandringer. Den beskriver hvordan energi overføres mellom systemer og omgivelser og hvordan den omdannes mellom ulike former. Grunnleggende begreper er system og omgivelse, tilstandvariabler som temperatur, trykk og volum, og tilstandsfunksjoner som indre energi, entalpi og entropi.

De fire hovedlovene regulerer hvordan energien oppfører seg. Den zeroth-loven sier at hvis to systemer er i termisk likevekt med et tredje system, er de i likevekt med hverandre, og dermed har de samme temperatur. Den første hovedsetningen (energilegg) uttrykker bevaring av energi: endringen i intern energi dU = δQ + δW, hvor varme tilføres og arbeid utføres på systemet. Den andre hovedsetningen sier at entropi for et isolert system ikke avtar, og at varme ikke flytter spontant fra kaldt til varmt uten arbeid; den gir også begrensninger for effektiviteten til varme maskiner. Den tredje hovedsetningen sier at ved absolutt null temperatur (0 K) blir entropien til et perfekt krystal konstant eller går mot en minste verdien.

Termodynamikkens anvendelser spenner fra motorer, kjølemaskiner og turbiner til studier av faseoverganger, kjemiske reaksjoners drivkrefter og materialers egenskaper. I tillegg krever moderne behandlinger ofte statistisk termodynamikk, som kobler makroiske egenskaper til mikroskopiske tilstander og sannsynligheter.

Historisk ble termodynamikken utviklet av blant andre Sadi Carnot, James Joule og Rudolf Clausius, som la grunnlaget for å forstå energiomforming i naturen og teknologi.