على الرغم من ارتباطهما الوثيق، يمثل كلٌّ من القانون الأول والقانون الثاني للديناميكا الحرارية مفهومين مختلفين تمامًا رغم تشابه سياقهما العام. يعود الفضل لأول مرة في وضع مبادئ هاتين القوانين إلى العالم الفيزيائي الشهير رولف بويل والسير سايمون ستيفنسون. كانا يعملان بشكل مستقل خلال القرن الثامن عشر لتحديد خصائص انتقال الحرارة والطاقة عبر المواد المختلفة.

القانون الأول: قانون حفظ الطاقة

يتمثل جوهر القانون الأول للديناميكا الحرارية - والذي يعرف أيضًا باسم "قانون حفظ الطاقة" - بأن الطاقة داخل نظام ما لا يمكن خلقها أو تدميرها; بل إنها قابلة للتحويل فقط من شكل إلى آخر. قد يبدو هذا متشابهاً لقاعدة أساسية أخرى مثل قوانين الفيزياء الأخرى ولكن لديه تطبيق فريد هنا. عندما ننظر إلى عملية ديناميكية حرارية، فإن التغير في الطاقة الداخلية لنظام يمكن حسابه باستخدام الصيغة التالية: ΔU= Q+W ، حيث U تمثل الطاقة الداخلية للنظام, Q تعبر عن مقدار الحرارة المضافة إليه, W تقيس الشغل المنفذ بواسطة النظام.

على سبيل المثال، تتبع المصابيح المتوهجة هذه النظرية بدقة؛ فهي تحول الطاقة الكهربائية إلى أشكال مختلفة منها الضوء والحرارة. كما تفعل النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي حيث تستقبل طاقة ضوء الشمس ثم تخزنها بطريقة كيميائية بعد تحليلها أولاً. لكن يجب الانتباه هنا أنه ليس هناك دليل علمي يدعم القدرة على إنتاج طاقة أكثر مما بدأناه بها أصلاً، وهو ما يستبعد وجود محركات تعمل ذاتيًا بلا مصدر خارجي ثابت للوقود!

القانون الثاني: تحديد حدود العمليات الديناميكية الحرارية

في حين يركز الفصل الأول فقط حول حركة الطاقة وتعويضاتها، فإن دوره الثاني غني بالإرشادات العملية فيما يتعلق بكفاءة تلك التحولات وكيف يمكن تقدير الحدود القصوى لها تحت ظروف مختلفة. وفقًا لذلك القسم، فإن تدفق طبيعي للحرارة من جسم بارد نحو جسم أدفأ ليس ممكنًا إلا إذا كانت مصاحبة لإجراء عملي ذو اتجاه واحد وهذا عادة ما يعني استخدام جهاز تبريد نشط وليس مجرد انسياب عفوي.

بالإضافة لما سبق، يشير الجزء الثاني كذلك إلى عدم إمكانية تحقيق دفع مستمر عبر عمليات ديناميكية حرارية بدون مدخلات خارجية؛ إذ سيترتب عليه فقدان دائم لمستويات مرتفعة من الطاقات المفيدة لصالح حالات أقل فائدة وأكثر اعتيادية، الأمر الذي يؤدي في النهاية لفقدان الاحتفاظ بالحرارة الأصلية للنظم الجزائية مغلقة تمامًا بمجرد اكتمال دورة كاملة. استنادًا لهذه النقطة الأخيرة تحديدا، أصبح بإمكاننا التفريق بصريًا بين المحركات المركبة الحديثة والمبردات المنزلية المعتمدة بشدة علي فهم صحيح للقواعد المدونة بهذا الدور الثاني للعلم الحديث.

هذه الصيغة العامة لحفظ الطاقة تلعب دور رئيسي أيضا خصوصا عند التعامل مع مواقف معينة كهوايات الهندسة الكهربية وغيرها الكثير! أما بالنسبة للأمثلة الواقعية الأخرى مثل سخانات المنازل التقليدية والأجهزة التبريد المشابهة لها والتي تعتمد اعتمادا مباشرا علي دراسات معمقة لبنود قانون ثانوية شاملة جدًا وتحترم جميع جوانب ذلك الجانب المهم للغاية والمعروف عالمياً باسم " الدينامية الحرارية".