กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ (Laws of Thermodynamics)

กฎของเทอร์โมไดนามิกส์มีอยู่ 3 ข้อ รวมถึงกฎข้อที่ศูนย์ ดังนี้

กฎข้อที่ศูนย์ กล่าวว่า หากเรามีระบบ (หรือวัตถุ) อยู่ 3 ระบบ แล้วสัมผัสกันอยู่ ระบบทั้งสามสามารถถ่ายเทความร้อนไปมาระหว่างกัน จนเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน โดยอุณหภูมิ คือคุณสมบัติหรือตัวแปรหนึ่งที่มีความสำคัญมากทางเทอร์โมไดนามิกส์ บ่งบอกถึงปริมาณพลังงานและทิศทางการไหลของพลังงาน ซึ่งจะไหลจากระบบที่มีพลังงานสูงไปสู่พลังงานต่ำ อุณหภูมิมักจะอยู่ในสเกลแบบ Kelvin ซึ่งมีความสัมพันธ์กับสเกล Celsius ดังนี้

กฎข้อที่ 1 เกี่ยวข้องโดยตรงกับกฎของการอนุรักษ์พลังงาน (conservation of energy) ซึ่งกล่าวว่า ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงต่างๆ นั้น พลังงานจะไม่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่และไม่มีการสูญหายไป แต่สามารถเปลี่ยนไปอยู่ในรูปอื่นได้ กฎข้อหนึ่งจะบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดขึ้นภายในระบบต่างๆ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทั้งทางเคมีและทางกายภาพ ตัวแปรที่ใช้อธิบายกฎข้อนี้ ได้แก่ พลังงานภายใน (Internal Energy, U) ความร้อน (Heat, q) งาน (Work, w) เอนทาลปีหรือปริมาณความร้อนที่ผ่านเข้าหรือออกจากระบบในกระบวนการที่ความดันคงที่ (Enthalpy, H) ความจุความร้อน (Heat Capacity, C) จำนวนโมล (Mole, n), ความดัน (Pressure, p), ปริมาตร (Volume, v), อุณหภูมิ (Temperature, T)

กฎข้อที่ 2 อธิบายถึงตัวแปรที่กำหนดทิศทางของการเกิดกระบวนการต่างๆ ทั้งทางกายภาพหรือทางเคมี (driving ตัวแปรที่สำคัญ คือเอนโทรปี (Entropy, S) กระบวนการที่เกิดขึ้นได้เองจะเรียกว่า Spontaneous change หรือ Natural change เช่น การขยายตัวของแก๊ส การเย็นตัวของวัตถุร้อน การเกิดปฏิกิริยาในทิศทางเดียว เป็นต้น โดยจะทำให้ระบบมีความไม่เป็นระเบียบมากขึ้น ตัวแปรที่บ่งบอกถึงความไม่เป็นระเบียบของระบบก็คือเอนโทรปีนั่นเอง

กฎข้อที่ 3 ใช้ในการหาค่าเอนโทรปีของระบบที่อุณหภูมิใดๆ (ขณะที่กฎข้อที่ 2 กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีเมื่อเกิดกระบวนการต่างๆ ค่าที่คำนวณได้เป็นเพียงค่าการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีเท่านั้น) ซึ่งนิยามไว้ว่า ค่าเอนโทรปีของระบบผลึกที่สมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิศูนย์องศาเคลวินจะมีค่าเป็นศูนย์