Thermodynamik bezeichnet einem Teil der Physik und wird gemeinhin auch als „Wärmelehre“ bezeichnet. Die Grundannahme ist, dass durch die Umverteilung von Energie Arbeit berichtet wird. Grundlagen hierfür ist das Zusammenspiel von Temperatur(t), Volumen(v) und Druckverhältnissen (p), wie es z. B. bei Dampfmaschinen vorkommt.

Grundlagen:

Wichtige Regeln für diese Systeme sind unter anderem der „Energieerhaltungssatz“. Laut diesem Gesetz bleibt die Summer aller Energieformen, egal welcher Form, konstant. Die Thermodynamik erlaubt ebenfalls eine Aufstellung von Aussagen über die möglichen Änderungen an einem System und welche Zustandsgrößen der betreffenden Teile dieses Systems erforderlich sind. Dies ist besonders wichtig bei der Planung und dem Bau von Chemieanlagen, ebenso wie die Kontrolle von Prozessen in solchen. Die Grenze dieser Bestimmungen liegen in der Ableitbarkeit der Dauer(Kinetik) selbiger, da dies das Feld der Thermostatistik ist.

Hauptsätze der Thermodynamik:

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik: Wenn sich ein geschlossenes System in einem thermischen Gleichgewicht befindet, so befindet sich auch das angrenzende System im Gleichgewicht. Die Zustandsgröße in dem dies der Fall ist, wird als Temperatur bezeichnet. Oder: wenn zwei in Kontakt stehende Systeme temperaturgleich sind, sind sie im thermischen Gleichgewicht. In diesem Moment wird keine Wärme mehr ausgetauscht.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Dieses Gesetz ist abgeleitet aus dem Satz der Energieberatung. Jedes System besitzt eine eigene, innere Energie (u). Diese kann jedoch verändert werden, entweder durch Arbeit (w) oder durch Wärme (q). Daraus folgt: u = w + q. Dies gilt jedoch nur in einem geschlossenen System. Bei bewegten muss noch die Energie (e) einbezogen werden. Daraus ergibt sich die Formel. u + e = w + q. (e) ist herbei konstant. Sie kann umgewandelt werden, aber nicht zerstört oder aus dem Nichts erzeugt werden.

Zweiter Satz der Thermodynamik: Auf den Grundlagen des ersten Gesetzes folgend, ergibt sich für den zweiten Satz der Thermodynamik, dass Wärme nicht von selbst von einem niedriger temperierten Körper zu einem wärmeren übergehen kann. Auch kann diese nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden, somit ist ein Perpetuum Mobile nicht möglich. Wenn ein Prozess in eine oder andere Richtung abläuft, so ist dieser unumkehrbar, ebenso wenn bei dem Prozess Reibung erzeugt wird.

Dritter Satz der Thermodynamik: Dieser letzte Hauptsatz, aufgestellt von Walther Nernst, ist auch als Nernst Theorem bekannt geworden. Basierend auf quantentheoretischen Annahmen beweist dieser, dass es unmöglich ist ein System, egal ob offen oder geschlossen, auf den absoluten Nullpunkt (-273 °C, 0 Grad Calvin) abzukühlen. Da jede Abkühlung ein Einzelschritt ist, wäre dies unendlich oft notwendig um am Ende zu diesem Ergebnis zu kommen.