Термодинамический метод устанавливает связь между непосредственно измеряемыми в макроскопических опытах величинами, такими, как температура, количество тепла, тепловой поток, давление, работа, объем и др. Поэтому данный метод можно считать основным в физической геокриологии.
В современном понимании термодинамический метод представляет собой систему понятий, законов, принципов, закономерностей и математических формализмов физической термодинамики, известной как самостоятельный раздел физики. Именно термодинамика занимается изучением связей явлений различной физической природы и поэтому рассматривает совместное протекание всяких физических процессов, которые ранее изучались независимо один от другого. Пожалуй, нет другой физической науки, которая бы до такой степени захватила различные области естественных и технических знаний. Но не только термодинамика стимулирует развитие техники, технологии, обогащает науки о Земле, но и последние, в свою очередь, двигают вперед термодинамические исследования.
В дальнейшем, употребляя слово «термодинамика», мы всегда будем подразумевать физическую термодинамику, основным содержанием которой является изучение закономерностей тепловой формы движения материи и связанных с ней иных физических явлений, в том числе и механических. Физическая термодинамика отличается от других термодинамик — химической, технической, смесей и растворов — более общими, т. е. физическими, положениями, а также математическим аппаратом описания, позволяющим легко переходить от дискретно к непрерывно изменяющимся в пространстве физическим процессам и явлениям.
В отличие от других разделов физики термодинамика, не получив в целом единой законченной формулировки (что, однако, нельзя считать ее недостатком), породила несколько направлений, в том числе: классическую, или равновесную, термодинамику (иначе именуемую термостатикой) — фундаментальный и относительно законченный раздел термодинамики; эксергетический анализ как продолжение классической термодинамики с техническим приложением в условиях привязки изучаемой системы (с целью определения ее работоспособности) к параметрам окружающей среды; термодинамику неравновесных, или необратимых, процессов, объединяющую в рамках одной теории различные феноменологические закономерности течения физических процессов во времени и включающую теорию теплопроводности, в значительной степени — термодинамику открытых систем, синергетику и теорию самоорганизации материи.
На стыке термодинамики и классической механики стоит механика сплошной среды в той ее части, где она изучает термомеханические движения и равновесия в газообразных, жидких или твердых телах, подразделяясь на гидромеханику, теорию упругости, теорию пластичности и реологию. Поэтому в определенных случаях термодинамику (физическую) можно именовать и термодинамикой сплошных сред.
С термодинамикой тесно связаны статистическая физика и физическая кинетика, которые часто в учебных курсах рассматриваются совместно с термодинамикой. Статистические связи позволяют объяснить макроскопические явления и закономерности изменения термодинамических параметров. Характерно, что мы сталкиваемся с выделенным направлением, а именно с определением макроявлений на основе микроявлений, а не наоборот. Иными словами, внутренняя структура вещества больше влияет на его макроскопическое состояние, чем мегаструктура окружающей физическую систему среды. Объяснение этому мы увидим далее при рассмотрении принципа движения энергии, выдвинутого Н. А. Умовым, и некоторых других принципов. Они — свидетельство того, что мы живем в энергетически расширяющемся мире, причем энергия как бы стремится вырваться из глубин мироздания, и только определенные силы сжатия материи не позволяют такому процессу осуществиться мгновенно. На этом основании термодинамические закономерности и макроскопические свойства тел удается доказывать статистическим образом, т. е. не феноменологическим путем. Любопытно, например, что апологеты статистической теории необоснованно считают, будто феноменологические теории ограничиваются описанием лишь внешних сторон исследуемых явлений, не вскрывая внутренних причин, а статистические (динамические) теории, помимо описания внешних сторон явлений, их поведения и свойств, вскрывают их сущность. В этом случае не следует забывать, что любая статистическая теория перенесла феноменологию макроскопического движения на микроуровень, тем самым не избавив себя от феноменологического подхода.
В самом начале зарождения термодинамику можно было определить как учение о взаимной связи, имеющей место во всех явлениях природы, между теплом и другими формами проявления энергии. Очень хорошо эта мысль была высказана крупным советским термодинамиком А. Б. Млодзеевским (1939): «Термодинамика не занимается какой-либо одной областью явлений; она рассматривает самые разнообразные явления природы, но рассматривает их со своей точки зрения, с точки зрения тех превращений энергии, которые имеют место в этих явлениях. Таким образом, термодинамика — особый метод исследования в самых разнообразных областях физики и химии».
Исторически возникла необходимость и в единой связующей все эти дисциплины науке. Такой наукой неожиданно стала термодинамика, первоначально имевшая частное прикладное значение в технической дисциплине. Она стала выполнять такую же функцию в физике, как философия во всей науке. Термодинамика стремится установить наиболее общие связи, свойства физического мира, количественные и качественные феноменологические законы и закономерности в нем, чтобы объяснять и предугадывать развитие всяких процессов и явлений.
В дальнейшем же при обогащении получаемыми знаниями эта наука стала приобретать все более физический уклон и наконец стала самостоятельным разделом физики, постепенно вовлекающим под свою эгиду другие ее разделы. Термодинамику в таком широком смысловом значении можно было бы именовать энергетической феноменологией. Но в конце концов не так важно название, как то, какой смысл в него вкладывается.
Для физической геокриологии термодинамика — это аналитический язык описания, который совершенствуется сам по мере познания ее объектов исследования. С этих позиций и следует рассматривать взаимосвязь физической геокриологии и термодинамики.