La thermodynamique est le domaine de la science qui comprend la relation entre la chaleur et d’autres types d’énergie. La thermodynamique a été découverte et étudiée à partir des années 1800. À cette époque, elle était liée et prenait de l’importance en raison de l’utilisation de machines à vapeur.
La thermodynamique peut être décomposée en quatre lois. Bien qu’ajoutée aux lois de la thermodynamique après les trois autres lois, la loi zéro est généralement discutée en premier. Il indique que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, alors ils sont en équilibre thermique l’un avec l’autre. En d’autres termes, si deux systèmes ont la même température qu’un troisième système, alors tous les trois ont la même température.
La première loi de la thermodynamique stipule que l’énergie totale d’un système reste constante, même si elle est convertie d’une forme à une autre. Par exemple, l’énergie cinétique – l’énergie qu’un objet possède lorsqu’il se déplace – est convertie en énergie thermique lorsqu’un conducteur appuie sur les freins de la voiture pour la ralentir. Il y a souvent des slogans pour aider les gens à se souvenir de la première loi de la thermodynamique : Le travail c’est la chaleur, et la chaleur c’est le travail. Fondamentalement, le travail et la chaleur sont équivalents.
La deuxième loi de la thermodynamique est l’une des lois les plus fondamentales de la science. Il indique que la chaleur ne peut pas s’écouler de son propre gré vers un système à une température plus élevée à partir d’un système à une température plus basse. Pour qu’une telle action se produise, le travail doit être fait. Si un glaçon est placé dans une tasse d’eau chaude, le glaçon fond à mesure que la chaleur de l’eau s’y écoule. Le résultat final est une tasse d’eau légèrement plus fraîche. Les glaçons ne peuvent se former que si de l’énergie est utilisée.
Un autre exemple de la deuxième loi fonctionnant uniquement avec l’ajout d’énergie peut être vu avec un réfrigérateur plus ancien. Dans ce cas, le refroidissement de l’intérieur du réfrigérateur en réchauffe l’extérieur. Ainsi, le travail est fait et le travail fait de la chaleur. Le travail est complété par la pompe du réfrigérateur.
La deuxième loi de la thermodynamique dit aussi que les choses peuvent s’user. Par exemple, si une maison en brique n’est pas entretenue, elle finira par s’effondrer à cause du vent, de la pluie, du froid et d’autres conditions météorologiques. Cependant, si un tas de briques est laissé sans surveillance, il ne formera jamais une maison, à moins que du travail ne soit ajouté au mélange.
La troisième loi de la thermodynamique stipule que le changement d’entropie d’un système lorsqu’il passe d’une forme à une autre se rapproche de zéro lorsque sa température se rapproche de zéro sur l’échelle Kelvin. Le zéro sur l’échelle Kelvin est la limite inférieure absolue de la température – lorsque les atomes et les molécules ont le moins d’énergie possible. L’entropie est définie comme la disponibilité de l’énergie d’un système pour effectuer un travail. Il s’ensuit donc qu’il existe une échelle d’entropie absolue. Par conséquent, aucun système réel ne peut jamais atteindre zéro degré sur l’échelle Kelvin.