تتم مناقشة القيم الديناميكية الحرارية في إشارة إلى النظام ومحيطه. كل شيء ليس جزءًا من النظام يشكل محيطه. النظام والمناطق المحيطة مفصولة بحدود. على سبيل المثال ، إذا كان النظام عبارة عن مول واحد من الغاز في الحاوية ، فإن الحد هو ببساطة الجدار الداخلي للحاوية نفسها. يعتبر كل شيء خارج الحدود محيطًا ، والذي سيشمل الحاوية نفسها.
يجب تحديد الحدود بوضوح ، لذلك يمكن للمرء أن يقول بوضوح ما إذا كان جزء معين من العالم في النظام أو في المحيط. إذا لم يكن الأمر قادرًا على المرور عبر الحدود ، فسيتم إغلاق النظام ؛ وإلا فهو مفتوح. قد يظل النظام المغلق يتبادل الطاقة مع البيئة المحيطة ما لم يكن النظام معزولًا ، وفي هذه الحالة لا يمكن للمادة أو الطاقة أن تعبر الحدود.
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية ، المعروف أيضًا باسم قانون الحفاظ على الطاقة ، على أنه لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها ؛ يمكن فقط نقل الطاقة أو تغييرها من شكل إلى آخر. على سبيل المثال ، يبدو أن تشغيل ضوء ينتج طاقة ؛ ومع ذلك ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية.
طريقة للتعبير عن القانون الأول للديناميكا الحرارية هو أن أي تغيير في الطاقة الداخلية (∆E) للنظام يتم الحصول عليه من خلال مجموع الحرارة (q) التي تتدفق عبر حدوده والعمل (w) الذي يتم على النظام بالمحيط.
∆E = q + w
حيث q هي الحرارة التي تتدفق عبر حدوده و w هو العمل الذي يقوم به المحيط من قبل النظام
ينص هذا القانون على أن هناك نوعين من العمليات ، الحرارة والعمل ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغيير في الطاقة الداخلية للنظام. نظرًا لأن كل من الحرارة والعمل يمكن قياسهما وقياسهما كمًا ، فإن هذا هو نفس القول بأن أي تغيير في طاقة النظام يجب أن يؤدي إلى تغيير مناظر في طاقة البيئة المحيطة خارج النظام. وبعبارة أخرى ، لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها. إذا كانت الحرارة تتدفق إلى نظام أو البيئة المحيطة تعمل عليه ، تزداد الطاقة الداخلية وتكون علامة q و w إيجابية. على العكس من ذلك ، سيكون تدفق الحرارة خارج النظام أو العمل الذي يقوم به النظام (في المناطق المحيطة) على حساب الطاقة الداخلية ، وبالتالي ، ستكون q و w سلبية.
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن إنتروبيا النظام المعزول يزداد دائمًا. تتطور الأنظمة المعزولة تلقائيًا نحو التوازن الحراري - حالة الانتروبيا القصوى للنظام. وببساطة أكثر ، فإن الكون الكون (النظام المعزول النهائي) يزداد ولا ينقص أبدًا.
طريقة بسيطة للتفكير في القانون الثاني للديناميكا الحرارية هي أن الغرفة ، إذا لم يتم تنظيفها وترتيبها ، ستصبح دائمًا أكثر فوضى واضطرابًا بمرور الوقت - بغض النظر عن مدى الحرص على إبقائها نظيفة. عندما يتم تنظيف الغرفة ، ينخفض الإنتروبيا ، لكن جهد تنظيفها أدى إلى زيادة الإنتروبيا خارج الغرفة التي تتجاوز الإنتروبيا المفقودة.
ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية على أن إنتروبيا النظام يقترب من قيمة ثابتة حيث تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق. عادة ما يكون إنتروبيا النظام عند الصفر المطلق صفرًا ، وفي جميع الحالات يتم تحديده فقط من خلال عدد حالات الأرض المختلفة التي يمتلكها. على وجه التحديد ، فإن إنتروبيا مادة بلورية نقية (ترتيب مثالي) عند درجة حرارة صفر مطلقة هي صفر. هذا البيان صحيح إذا كانت البلورة المثالية لديها حالة واحدة فقط مع الحد الأدنى من الطاقة.
