Все виды энергии имеют огромное значение в жизни человека, и поэтому законы их взаимопревращения требуют самого тщательного изучения, так как только знание этих законов позволяет с наибольшей эффективностью и с наиболее высоким коэффициентом полезного действия использовать энергию в жизни.
Наука, занимающаяся изучением законов взаимопреобразования и передачи энергии, называется термодинамикой. Следовательно, термодинамика в наиболее общем смысле представляет собой науку об энергии. Исторически термодинамика возникла в результате изучения превращения теплоты и работы в тепловых машинах; этот раздел термодинамики называется технической термодинамикой. Изучением химических процессов с термодинамической точки зрения занимается химическая термодинамика.
Термодинамика рассматривает тела, состоящие из большого количества молекул (системы), и в ее классическом виде не принимает во внимание поведение и свойства отдельных молекул, взаимодействие между ними, энергетические превращения внутри тел. С точки зрения современной физики классическая термодинамика явно недостаточна, несмотря на ее большое значение в описании многочисленных явлений и общих выводов, которые делаются на основании законов, составляющих фундамент этой науки. Здание, воздвигнутое на этом фундаменте, приводит к важным результатам в отношении физических свойств систем и процессов в них.
Оценкой поведения отдельных молекул занимается молекулярно-кинетическая теория вещества, которая обосновывает результаты термодинамики. Поведением систем, состоящих из большого числа частиц, занимается статистическая физика, которая определяет свойства систем (тел) математическими методами, основанными на теории вероятности.
И молекулярно-кинетическая теория вещества, и статистическая физика являются теоретической базой термодинамики.
Исторически термодинамика развивалась как теория тепловых машин, т. е. изучались только преобразования теплоты и механической работы. Этот путь был продиктован потребностями развивающейся промышленности, нуждавшейся в мощных двигателях с высоким коэффициентом полезного действия. Исследование работы тепловых двигателей было основано на применении метода круговых процессов (циклов).
В химической термодинамике при изучении фазовых переходов, условий равновесия физико-химических систем метод циклов должен быть дополнен методом термодинамических потенциалов.
Знаний, которые давала существующая до сего времени классическая термодинамика, оказалось недостаточно для изучения новых сложных тепловых процессов и исследований новых рабочих тел, применяющихся в современной технике. Появилась термодинамика сложных термодинамических систем.
В 50-х годах текущего столетия был разработан новый раздел термодинамики — термодинамика необратимых процессов. Исследования, проводимые методами термодинамики необратимых процессов, позволяют изучать медленные необратимые процессы (теплопроводность, диффузию и др.) исследовать термоэлектрические и термодиффузионные процессы, процессы молекулярного переноса. Термодинамика необратимых процессов позволяет значительно расширить и уточнить области применения термодинамических исследований. На базе термодинамики необратимых процессов, теории информации и теории устойчивости появилась наука синергетика.
Открытие нового состояния вещества — плазмы, которая в ближайшем будущем будет широко применяться в некоторых областях техники благодаря ее замечательным свойствам, например электропроводности (МГД-генераторы, термоядерные реакторы), настоятельно требует тщательного изучения ее теплофизических свойств. Появился новый раздел термодинамики с новыми методами исследования — термодинамика плазмы.
Мало изучены вопросы термодинамических свойств и процессов реагирующих газовых смесей; между тем повышение температур в камерах сгорания и других аппаратах заставляет такие явления изучать весьма основательно.
Также необходимо более широкое термодинамическое изучение газовых потоков с фазовыми превращениями течения диссоциированных газовых смесей, ионизированных газов и т. д.
