熱力学的値は、システムとその周囲を参照して説明されています。システムの一部ではないすべてのものは、その環境を構成します。システムと周囲は境界線で区切られています。たとえば、システムがコンテナー内の 1 モルのガスである場合、境界は単にコンテナー自体の内壁です。境界の外側にあるものはすべて、コンテナ自体を含む周囲と見なされます。
境界は明確に定義する必要があります。これにより、世界の特定の部分がシステム内にあるか、周囲にあるかが明確にわかります。問題が境界を越えることができない場合、システムは閉じていると言われます。それ以外の場合は開いています。閉じたシステムは、システムが孤立したシステムでない限り、周囲とエネルギーを交換する可能性があります。その場合、物質もエネルギーも境界を越えて通過できません。
エネルギー保存の法則としても知られる熱力学の第一法則は、エネルギーは生成も破壊もされないと述べています。エネルギーは、ある形態から別の形態にのみ伝達または変更できます。たとえば、ライトをオンにすると、エネルギーが発生するように見えます。ただし、変換されるのは電気エネルギーです。
熱力学の第一法則を表現する方法は、システムの内部エネルギー (ΔE) の変化は、その境界を越えて流れる熱 (q) とシステムで行われた仕事 (w) の合計によって与えられるというものです。周囲によって。
ΔE = q + w
ここで、q はその境界を越えて流れる熱であり、w は周囲によってシステムで行われた仕事です。
この法則は、システムの内部エネルギーの変化につながる可能性のあるプロセスには、熱と仕事の 2 種類があると述べています。熱と仕事の両方が測定および定量化できるため、これは、システムのエネルギーの変化は、システムの外側の周囲のエネルギーの対応する変化をもたらさなければならないということと同じです。つまり、エネルギーは生成も破壊もできません。熱がシステムに流入するか、周囲がシステムに作用すると、内部エネルギーが増加し、q と w の符号は正になります。逆に、システムからの熱の流れ、またはシステムによって (周囲で) 行われた仕事は、内部エネルギーを犠牲にするため、q と w は負になります。
熱力学の第二法則によれば、孤立した系のエントロピーは常に増加します。孤立したシステムは、システムの最大エントロピーの状態である熱平衡に向かって自発的に進化します。もっと簡単に言えば、宇宙 (究極の孤立したシステム) のエントロピーは増加するだけで、減少することはありません。
熱力学の第 2 法則を簡単に考えると、部屋は掃除や整理整頓を怠ると、どれだけ気をつけて掃除していても、時間の経過とともに常にごちゃごちゃして無秩序になるということです。部屋が掃除されるとエントロピーは減少しますが、部屋を掃除する努力は、失われたエントロピーを超える部屋の外のエントロピーの増加をもたらしました.
熱力学の第 3 法則は、温度が絶対零度に近づくにつれて系のエントロピーが一定値に近づくことを示しています。絶対零度におけるシステムのエントロピーは通常ゼロであり、すべての場合において、それが持つ異なる基底状態の数によってのみ決定されます。具体的には、絶対零度温度における純粋な結晶性物質（完全秩序）のエントロピーはゼロです。このステートメントは、完全な結晶が最小エネルギーの状態を 1 つしか持たない場合に当てはまります。
