열역학(thermodynamics)은 열(thermo)과 동력(dynamics)의 합성어로서 열과 역학적 일의 기본적인 관계를 바탕으로 열 현상을 비롯해서 자연계 안에서 에너지의 흐름을 통일적으로 다루는 물리학의 한 분야이다. 열에너지를 기계적인 에너지로 전환시키는 과정이나 사이클을 이용하여 경제성 및 효율성을 추구하는 추상적인 학문을 말한다. 생물계나 무생물계를 막론하고 모든 자연현상을 에너지의 흐름이라는 관점에서 생각할 때 없어서는 안 될 학문분야로, 화학이나 공학방면에서 많이 이용한다.

19세기 중엽 열기관의 개량을 기술하기 위해 시작된 학문으로 N.카르노를 비롯해서 J. 줄, R. E. 클라우지우스, 켈빈 등에 의해서 경험적으로 기초가 되는 2가지 법칙(열역학 제1법칙 및 제2법칙)이 세워졌다. 그 후 J. 맥스웰, 루트비히 볼츠만, 조지아 깁스 등은 이 법칙이 가지는 의미에 대해 통계역학적으로 해명했다.

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