Термодинамиката во почетокот се појавила како наука за претворање на топлинската енергија во механичка работа. Брзиот развој на индустријата го постави прашањето за ползување на топлинската енергија на водената пара и на гасовите за добивање на механичка работа.

Најнапред беа конструирани парните машини а потоа моторите со внатрешно согорување како и турбините. За успешна работа на тие машини требаше добро да се проучат законите кои што важат при претворање на топлинската енергија во механичка работа, што придонесе за брзиот развој на термодинамиката.

Законите на кои се базира термодинамиката имаат многу општ карактер. Тие закони се установени со долготрајни експериментални истражувања. Денес термодинамичките методи успешно се применуваат за истражување на многу физички и хемиски процеси и за проучување на својствата на супстанциите.
Предмет на термодинамиката е изучувањето на општите својства на макроскопските тела и закономерностите при претворањето на различните видови на енергија. Зборот термодинамика потекнува од грчките зборови ,,термо,, што значи топлина и ,,динамис,, што значи сила.

Термодинамиката не ја разгледува внатрешната структура на телата. Таа користи таканаречени термодинамички величини со кои се карактеризира макроскопската состојба на телата, како што се: притисок, волумен, температура, внатрешна енергија и др.

Термодинамиката како наука се појавила значително порано од молекуларната Физика. Затоа и пристапот кон проучувањето на појавите им е различен. Термодинамиката ги проучува појавите и процесите врз основа на закони (принципи) кои се добиени како резултат на обопштени експериментални истражувања со мерења на макроскопските термодинамички величини кои се од општ карактер и не зависат од природата на телата. Или поинаку речено, термодинамиката не ја разгледува внатрешната микроструктура на телата. Денес термодинамиката и молекуларната физика заемно се надополнуваат при проучувањето на топлинските процеси во телата.

Основа на термодинамиката се два експериментално воспоставени закона (принципи) со кои ќе се запознаеме понатаму.

Еден од основните поими во термодинамиката е термодинамички систем. Тоа е колектив од многу молекули или други микрочестици (атоми, јони, електрони и др.) кои се разгледуваат како целина, затворени во определен простор, односно кои зафаќаат определен волумен. Термодинамички систем може да претставува идеален гас, реален гас, течност, цврсто тело, повеќе цврсти тела и тн.

Пример за термодинамички систем може да послужи гас затворен во цилиндар со клип.

Ако надворешните услови под кои се наоѓа термодинамичкиот систем не се менуваат, по извесно време системот поминува во состојба при која се прекратува каква било макроскопска промена. Од тој момент па натаму макроскопските параметри на системот остануваат константни. Таквата состојба се вика термодинамичка рамнотежа.

При термодинамичката рамнотежа на термодинамичкиот систем, состојбата на системот може да се опише со три макроскопски параметри: притисокот-P, температурата-Т и волуменот V. Тие параметри меѓу себе се поврзани со одредена равенка која се вика равенка за состојбата на системот. Ако термодинамичкиот систем е идеален гас тоа е равенката за состојбата на гасот или како уште се нарекува Клајперонова равенка.

Термодинамички процес е секоја макроскопска промена на состојбата што се извршува над термодинамичкиот систем. За да се одвива некој термодинамички процес треба да се менува некој од параметрите. Ако пак, во термодинамичкиот систем не протекува никаков процес, односно, ако макроскопските параметри на системот не се менуваат, тогаш системот се наоѓа во термодинамичка рамнотежа.

Со некои термодинамички процеси веќе се запознавме. Тоа беа изопроцесите кои можеа да бидат: изотермички, изобарен и изохорен процес. Со друг вид на термодинамички процеси ќе се запознаеме понатаму.

Термодинамичките процеси можат да се прикажуваат графички во р-V; р-Т, и V-Т дијаграми. Во првиот случај, дијаграмот ја дава зависноста на промената на притисокот од волуменот, во вториот случај, промената на притисокот од температурата и во третиот случај, промената на волуменот од температурата.
На Сл.5.1 со кривата линија 1-2 прикажан е р-V дијаграм на термодинамички процес. Поминувањето на системот од почетната состојба 1, определена со параметрите: Р1, V1, и T1, во крајната состојба 2, определена со параметрите: P2, V2, и Т2, претставува термодинамички процес. На дијаграмот прикажан на Сл.5.1 состојбите на системот се определени со координатите рi, Vi на точките од кривата линија со која е прикажан термодинамичкиот процес. При тоа се подразбира дека за секоја состојба на системот, почнувајќи од почетната состојба 1 и завршувајќи со крајната состојба 2, вредноста на параметрите треба да биде иста за сите делови од системот, односно во секоја од тие состојби системот треба да се наоѓа во термодинамичка рамнотежа.

Преминот на системот од една во друга состојба е поврзан со нарушување на рамнотежната состојба на системот. Според тоа, одвивањето на некој процес значи, поминување на системот преку цела низа од нерамнотежни состојби. Доколку процесот се одвива побавно дотолку системот е поблизу до рамнотежната состојба и обратно.

Да разгледаме термодинамички систем кој се состои од гас затворен во цилиндар со подвижен клип. Ако клипот брзо го придвижиме со цел да извршиме збивање на гасот, тогаш притисокот на гасот не може моментално да се изедначи во целиот негов волумен. Сигурно, во некој многу краток временски интервал, во непосредна близина на површината на клипот, притисокот ќе биде за нешто поголем од колку во деловите на цилиндарот подалеку од клипот. При нагло ширење на гасот пак, ќе се случи обратно, во близина на клипот притисокот ќе биде помал. За избегнување на ваква нееднаквост на макроскопските термодинамички параметри во текот на термодинамичките процеси тие треба да се одвиваат многу бавно, теориски процесот треба да се одвива бесконечно долго време. Само на тој начин, при одвивањето на термодинамичкиот процес, термодинамичкиот систем ќе поминува од една во друга рамнотежна состојба, за која можат да се применуваат соодветни релации, како на пример, равенката за состојбата на гасот.

Процесите можат да бидат неповратни и повратни. Сите процеси во природата кои се случуваат спонтано (сами од себе) се неповратни. Тоа значи, дека тие се одвиваат само во една насока. Недоврашните процеси не можаш сами од себе да се одвиваат во обратна насока т.е без дејство на надворешни фактори.
Постојат голем број на очигледни примери на неповратни процеси. Еве некои од нив: Цилиндар со преграда е поделен на два дела. Во едниот дел од цилиндарот се наоѓа гас под притисок а другиот дел е вакуум. Ако се отстрани преградата, гасот се шири и го исполнува целиот волумен на цилиндарот. Очигледно е дека обратниот процес со кој системот би се вратил во почетната состојба сам од себе е невозможен. Не е можно гасот повторно да се собере во едниот дел од цилиндарот без дејство со надворешен фактор. Според тоа, ширењето на гасот во вакуум е неповратен процес. Друг пример. При допир на две тела кои имаат различна температура, топлинската енергија спонтано, секогаш се предава од тело со повисока на тело со пониска температура. Обратниот процес со кој системот би се вратил во почетната состојба сам од себе е невозможен. Тоа значи, дека пренесувањето на топлината по пат на топлоспроводливост претставува неповратен процес. Претворањето на механичката енергија во топлинска при триење на две тела исто така е пример на неповратен процес. Телата кога се тријат се загреваат, можат дури и да се запалат. Меѓутоа, обратниот процес со кој топлинската енергија би се претворила во механичка, т.е системот не се враќа сам од себе во почетната состојба.

Повратни се викаат процесите кои можат да се извршуваат спонтано и во двете насоки, без притоа да настане промена во енергетскиот баланс ниту во системот ниту во околната средина. Процесот со кој системот поминува од почетната состојба 1 во крајната состојба 2, кој е прикажан на Сл.5.1, ќе биде повратен, ако е можен и процес со кој системот од состојбата 2 ќе се врати повторно во состојбата 1, поминувајќи низ истите меѓусостојби во обратна насока, но притоа да не се случуваат никакви промени ниту во системот ниту во околната средина. Ако тоа не важи проце- сот е неповратен.

Како пример на повратен процес може да послужи осцилирањето на математичкото нишало кое би се вршело без триење. време од еден период нишалото се враќа во почетната положба при што ниту во системот ниту во околната средина не остануваат траги од промената на енергетската состој ба. Меѓутоа, поради постоењето на триењето, еден дел од механичката енергија на нишалото поминува во топлинска и неповратно се расејува во просторот.
Процесите во природата се неповратни. Повратните процеси се користат само како модели за поедноставно теориско разгледување на некои реални неповратни термодинамички процеси. Практично, можни се периодично повторливи неповратни процеси што се нарекуваат кружни процеси.