Fizikte enerji, bir cisime veya fiziksel bir sisteme aktarılan, işin performansında ve ısı ve ışık biçiminde tanınabilen niceliksel özelliktir. Enerji korunan bir miktardır; Enerjinin korunumu yasası, enerjinin istenen biçime dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) enerjinin ölçü birimi joule'dür (J).
Termodinamik; ısı, iş, sıcaklık ve enerji arasındaki ilişki ile ilgilenen bilim dalıdır. Basit bir ifadeyle termodinamik, enerjinin bir yerden başka bir yere ve bir biçimden başka bir biçime transferi ile ilgilenir. Bu süreçteki anahtar kavram, ısının, belirli bir mekanik işe denk gelen bir enerji biçimi olmasıdır.
Maxwell'in Cini veya Maxwell'in Şeytanı, İskoç fizikçi James Clerk Maxwell'in ikinci termodinamik yasasının geçerliliğini sorgulamak amacıyla 1867'de ortaya attığı bir "düşünce deneyi"dir.
Isı, belirli sıcaklıktaki bir sistemin sınırlarından, daha düşük sıcaklıktaki bir sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle geçen enerjidir. Isı, parçacıkların 40.000-400.000 hz./s titreşmesi ile oluşur. Isı da iş gibi bir enerji akışı biçimidir. Isı sistem sınırlarında ve geçiş durumunda iken belirlenebilir. Isı sistemin bir durum fonksiyonu değildir.
Entropi, fizikte bir sistemin mekanik işe çevrilemeyecek termal enerjisini temsil eden termodinamik terimidir. Çoğunlukla bir sistemdeki rastgelelik ve düzensizlik (kaos) olarak tanımlanır ve istatistikten teolojiye birçok alanda yararlanılır. Sembolü S'dir.
Matematik ve Fizik'te, bir faz uzayı içinde bir sistemin tüm olası durumlarının temsil edildiği bir uzaydır, sistemin her olası durumuna karşılık faz uzayında bir tek nokta vardır. Mekanik sistemler için, faz uzayı genellikle konum ve momentum değişkenlerinin tüm olası değerlerinden oluşur. Konum ve momentum değişkenlerinin zamana göre değişiminin bir fonksiyonunun çizimi bazen bir faz diyagramı olarak adlandırılır. Bununla beraber, bu terim genellikle fiziki bilimlerde kimyasal bir sistemin termodinamik fazlarının dengesini ve birbirlerine dönüşümünü, basıncın, sıcaklığın ve kompozisyonun bir fonksiyonu olarak gösteren bir diyagram için kullanılır.
Termodinamikte hal fonksiyonu, maddenin bulunduğu hale nasıl ulaştığını değil maddenin o andaki hali ile ilgili olan bir özelliktir. Bir hal fonksiyonu sistemin denge halini açıklar. Örneğin; iç enerji, entalpi, entropi hal değerleridir çünkü termodinamik sistemlerde değerlenebilir olarak bir denge açıklarlar. Aynı zamanda mekanik iş ve ısı yöntem değerleridir çünkü değerlenebilir olarak termodinamik sistemlerde denge sistemleri arasında geçişleri açıklarlar.
Termodinamiğin(Isıldevinimin) ikinci yasası, izole sistemlerin entropisinin asla azalamayacağını belirtir. Bunun sebebini izole sistemlerin termodinamik dengeden spontane olarak oluşmasıyla açıklar. Buna benzer olarak sürekli çalışan makinelerin ikinci kanunu imkânsızdır.
Ludwig Eduard Boltzmann. Avusturyalı fizikçi. İstatistiksel mekanik ve istatistiksel termodinamik alanındaki buluşları ve katkıları ile ünlüdür. Henüz tartışmalı olduğu günlerde dahi atom teorisinin en önemli savunucuları arasında yer almıştır.
Termodinamik yasaları, termodinamiğin temelini oluşturan dört yasadır. Termodinamik proseslerdeki ısı ve iş transferlerinin yapısını tanımlar.
Bölüşüm fonksiyonu termodinamik dengede olan bir sistemin istatistiksel özelliklerini tanımlar. Sıcaklığın ve hacim, molekül sayısı gibi diğer parametrelerin fonksiyonudur. Toplam enerji, entropi ve basınç gibi termodinamik değişkenler bölüşüm fonksiyonu cinsinden veya türevleri cinsinden ifade edilebilir.
Klasik fizik tamamlanmış veya uygulanabilir olan fiziğin, eski tarihlerde düşünülmüş modern teorilerle ilgilenir. Şu an kabul edilmiş bir teori modern sayılıyorsa ve o teorinin giriş cümlelerinde başlıca paradigma değişiminden bahsediliyorsa, eski teorilere genellikle “klasik” denilir. Bir klasik teorinin tanımı aslında içeriğine bağlıdır. Klasik fizik kavramı, modern fizik için fazlasıyla karmaşık olan belirli durumlarda kullanılır.
Termodinamik ve istatistiksel fizik ile ilgili olayların kronolojisidir.
Termodinamik'in üçüncü yasası bazen ‘mutlak sıfır sıcaklığında dengede olan sistemlerin özelliklerine ilişkin’ olarak şu şekilde tanımlanır:
Fiziksel bilimlerde parçacık çeşitli hacim ya da kütle gibi fiziksel ya da kimyasal özellikler yüklenmiş küçük yerelleştirilmiş nesnedir. Çeşitli bilimsel alanlarda kelimenin anlamı isteğe bağlı değiştirilmiştir. parçacıklardan oluşan bir şey partiküler olarak atfedilebilir. her ne kadar bu terim genellikle bağlantısız parçacıkların bir süspansiyonu yerine kullanılsa da, bağlı bir partikül toplama ifade etmek için kullanılır. Nesnelerin parçacık olup olmadığı ölçek bağlamına bağlı olarak düşünülebilir. Eğer nesnenin kendi ölçüsü küçük ya da ihmal edilebilir ise ya da eğer geometrik özellikleri ve yapısı düzensiz ise nesne parçacık olarak düşünülebilir. Örneğin kumsaldaki bir kum tanesi parçacık olarak düşünülebilir çünkü bir kum tanesinin büyüklüğü kumsala kıyasla ihmal edilebilir ve tek tek kum tanelerinin özellikleri genellikle eldeki sorunla alakasız olurlar. Eğer bir bukminsterflere molekülüyle kıyaslanırsa kum taneleri parçacık olarak düşünülemez.(~1 nm)
Fizikte kara delik termodinamiği, termodinamik kanunlarını kara deliğin olay ufkuyla bağdaştırmaya çalışan bir araştırma alanıdır. Kara delik ışınımının istatistiksel mekanik konusu, kuantum mekaniğinin gelişmesini sağlar. Kara delik ışınımının istatistiksel mekanik konusunu anlamaya çalışmak, bu konunun kuantum yer çekimi konusunu anlamamızda büyük etkisi olacaktır. Ayrıca holografi ilkesini anlamamızı sağlayacaktır.
İstatistiksel mekanik, entropinin yarı-klasik türevinde parçacıkların ayırt edilemezliklerini hesaba almaz, kapsamlı olmayan bir entropi ifadesi verir. Bu, Josiah Willard Gibbs'den sonra, Gibbs paradoksu olarak bilinen bir paradoksa yol açar. Paradoks kapalı sistemlerin entropisini azaltmak için termodinamiğin ikinci yasasını ihlale izin verir. Konuyla ilgili bir paradoks da "karıştırma paradoks" udur. Eğer entropi tanımının parçacık permütasyonu göz ardı edilerek değiştirilmesi gerektiğini göz önüne alırsak, paradoks önlenir.
Termodinamiğin sıfırıncı kanunu şöyle ifade edilir: Eğer iki termodinamik sistemin her biri üçüncü ile termal bir dengedeyse o zaman bu üçü birbiriyle termal denge içerisindedir.
Mekaniğin daha önce Rudolf Clausius tarafından tanıtılan entropi fonksiyonu olasılık teorisi kullanılarak istatistiksel entropi olarak yorumlanır. İstatistiksel termodinamik perspektif Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmanın çalışmaları ile 1870 yılında tamamlandı.
Termodinamikte, sistemin termodinamik durumu, durum fonksiyonları olarak bilinen uygun değişken değerleriyle tam olarak tanımlanabilir. Termodinamik değişkenlerinin değerleri bir sistem için bir kere belirlendiğinde, termodinamiğin bütün özelliklerinin değerleri eşsiz bir şekilde belirlenmiş olur. Genellikle, termodinamik durum termodinamik dengenin biri olarak varsayılır. Yani, bu durum bir sistemin sadece belli bir süredeki durumu değil, durum süresiz uzunlukta aynı ve değişmezdir.
