Termodinamika adalah bidang ilmu yang mencakup hubungan antara panas dan jenis energi lainnya. Termodinamika ditemukan dan dipelajari mulai tahun 1800-an. Pada saat itu, itu dikaitkan dan menjadi penting karena penggunaan mesin uap.
Termodinamika dapat dipecah menjadi empat hukum. Meskipun ditambahkan ke hukum termodinamika setelah tiga hukum lainnya, hukum ke-nol biasanya dibahas terlebih dahulu. Ini menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Dengan kata lain, jika dua sistem memiliki suhu yang sama dengan sistem ketiga, maka ketiganya memiliki suhu yang sama.
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi total suatu sistem tetap konstan, bahkan jika diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi kinetik — energi yang dimiliki suatu benda ketika bergerak — diubah menjadi energi panas ketika pengemudi menekan rem pada mobil untuk memperlambatnya. Sering kali ada ungkapan untuk membantu orang mengingat hukum pertama termodinamika: “Usaha adalah panas, dan panas adalah kerja.” Pada dasarnya, kerja dan panas adalah setara.
Hukum kedua termodinamika adalah salah satu hukum paling dasar dalam sains. Ini menyatakan bahwa panas tidak dapat mengalir ke sistem pada suhu yang lebih tinggi dari sistem pada suhu yang lebih rendah dengan kemauannya sendiri. Untuk tindakan seperti itu terjadi, pekerjaan harus dilakukan. Jika es batu dimasukkan ke dalam secangkir air hangat, es batu akan meleleh karena panas dari air mengalir ke dalamnya. Hasil akhirnya adalah secangkir air yang sedikit lebih dingin. Es batu hanya dapat terbentuk jika energi digunakan.
Contoh lain dari hukum kedua yang hanya bekerja dengan penambahan energi dapat dilihat pada lemari es yang lebih tua. Dalam hal ini, pendinginan bagian dalam lemari es menghangatkan bagian luarnya. Jadi, pekerjaan dilakukan dan pekerjaan menghasilkan panas. Pekerjaan diselesaikan oleh pompa kulkas.
Hukum kedua termodinamika juga mengatakan bahwa benda bisa aus. Misalnya, jika sebuah rumah bata dibiarkan tidak dirawat, pada akhirnya akan runtuh karena angin, hujan, dingin, dan kondisi cuaca lainnya. Namun, jika tumpukan batu bata dibiarkan begitu saja, tidak akan pernah membentuk rumah, kecuali jika pekerjaan ditambahkan ke dalam campuran.
Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi suatu sistem ketika mengubah dari satu bentuk ke bentuk lain akan mendekati nol ketika suhu mendekati nol pada skala Kelvin. Nol pada skala Kelvin adalah batas bawah mutlak untuk suhu – ketika atom dan molekul memiliki energi seminimal mungkin. Entropi didefinisikan sebagai ketersediaan energi sistem untuk melakukan kerja. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ada skala entropi absolut. Akibatnya, tidak ada sistem nyata yang dapat mencapai nol derajat pada skala Kelvin.