Av Nick Robinson | Uppdaterad 24 mars 2022
yerfdog/iStock/Getty Images
Termodynamik är den gren av fysiken som utforskar hur energi beter sig i stora system. Den kopplar samman partiklars rörelse (kinetisk energi) och den lagrade energin i deras positioner (potentiell energi) till den värme och det arbete som ett system kan generera. Under århundraden har forskare som Isaac Newton och James Joule destillerat denna kunskap till de tre grundläggande lagarna som styr allt energiutbyte.
Den så kallade "noll"-lagen etablerar begreppet termisk jämvikt. Den säger att om två system är i jämvikt med ett tredje system är de i jämvikt med varandra. I praktiken betyder det att när du värmer upp en kastrull med vatten sprider sig värmen jämnt tills varje molekyl i kastrullen når samma temperatur, även om värme endast applicerades i botten.
Även känd som lagen om energibevarande, säger den första lagen oss att energi inte kan skapas eller förstöras – bara omvandlas. Den totala energin i ett slutet system (summan av kinetisk och potentiell energi) är lika med tillförd värme minus utfört arbete. Denna princip förklarar varför en bil måste tanka:den kemiska potentiella energin i bensin omvandlas till mekaniskt arbete och spillvärme när motorn går.
Den andra lagen introducerar det oundvikliga begreppet entropi, måttet på oordning eller oanvändbar energi i ett system. Den hävdar att ingen process kan omvandla all tillgänglig energi till nyttigt arbete; en del blir alltid spillvärme. I förbränningsmotorer förlorar även de mest effektiva konstruktionerna energi till entropi, vilket också utesluter evighetsmaskiner.
