Hauptsatz der Thermodynamik
Aufbauend auf drei Postulaten, den sogenannten Hauptsätzen, verknüpft die Thermodynamik messbare, makroskopische Messgrößen miteinander. Dabei definieren die Hauptsätze besondere Meßgrößen, die sogenannten Zustandsfunktionen, die so genannt werden, weil sie den Zustand eines Systems eindeutig festlegen. Die Zustandsfunktionen hängen von den äußeren Bedingungen, den sogenannten Zustandsvariablen ab. Zustandsvariablen sind z.B. die Temperatur , der Druck , die Oberfläche , die chemische Zusammensetzung, die elektrische Ladung oder das Volumen . Die Thermodynamik liefert insbesondere ein mathematisches Gerüst, welches all diese Größen (und ihre partiellen Ableitungen) miteinander verknüpft. Bestimmt man experimentell einen Teil der Zustandsgrößen, so kann man andere Zustandsgrößen berechnen und so zu einer vollständigen Beschreibung des jeweils untersuchten Systems gelangen.Im folgenden Text wird eine nicht - mathematische Form der Hauptsätze der Thermodynamik wiedergegeben.
Die Hauptsätze der Thermodynamik lauten:
(Dieser "Hauptsatz" nimmt eine Sonderstellung ein, weil er keine Zustandsgrößen definiert, aber implizit allen anderen Annahmen zugrundeliegt).
Aus dem ersten Hauptsatz folgt, daß es unmöglich ist eine Maschine zu bauen, die ununterbrochen Energie erzeugt oder Arbeit verrichtet, ohne von außen in irgendeiner Form mit Energie (Brennstoff, Stom etc.) versorgt zu werden ("Unmöglichkeit eins perpetuum mobiles erster Art").
Es ist also unmöglich ein sogenanntes perpetuum mobile zweiter Art zu bauen, welches z.B. die ungeheuren Wärmemengen des Ozeans in nützliche Arbeit umwandelt. Aus diesem Hauptsatz folgt auch, daß der Wirkungsgrad, d.h. das Verhältnis von eingesetzter Energie und von der Maschine gelieferten Arbeit, einer jeder beliebigen Maschine kleiner als Eins sein muß. Für Wärmekraftmaschinen (Verbrennungsmotoren, Turbinen, Dampfmaschinen) gilt speziell, das ein Wirkungsgrad von Eins (=100%ige Ausnutzung der hineingesteckten Energie) nur möglich ist, wenn der kälteste Teil der Maschine - der Kondensator - die Temperatur des absoluten Nullpunkts (0 Kelvin = - 273,15 °C) besitzt.0. Hauptsatz
Steht ein System A mit einem System B im thermodynamischen Gleichgewicht und steht das System B mit einem System C im thermodynamischen Gleichgewicht, dann stehen auch die Systeme A und C miteinander im thermodynamischen Gleichgewicht, auch wenn sich A und C nicht berühren.Erster Hauptsatz der Thermodynamik
In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller auftretenden Energiemengen für alle Zeiten konstant.Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Es ist unmöglich eine zyklisch arbeitende Maschine zu bauen, die keinen anderen Effekt produziert, als einem Behälter Wärme zu entnehmen und den gleichen Betrag an Arbeit zu verrichten (Prinzip von Thomson) oder aber diese Wärme vollständig von einem kälteren auf einen wärmeren Körper zu übertragen (Prinzip von Clausius).