热力学 

一个典型的熱力學系統,热从较热处(锅炉)流向较冷处(冷凝器),在这一过程中有一系列活塞做了

热力学(法語:thermodynamique,德語:Thermodynamik,英語:thermodynamics,源於古希腊语θερμός及δύναμις),是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科。它着重研究物质的平衡状态以及与準平衡态的物理、化学过程。热力学定義許多巨觀的物理量(像溫度內能壓強等),描述各物理量之間的關係。热力学描述數量非常多的微觀粒子的平均行為,其定律可以用統計力學推導而得。

熱力學可以總結為四條定律:

  • 熱力學第零定律定義了温度這一物理量,指出了相互接觸的两个系統,熱流的方向。
  • 熱力學第一定律指出内能這一物理量的存在,並且與系統整體運動的動能和系統與環境相互作用的位能是不同的,區分出熱與功的轉換。
  • 熱力學第二定律涉及的物理量是温度和熵。熵是研究不可逆过程引入的物理量,表征系統透過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。
  • 熱力學第三定律認為,不可能透過有限過程使系統冷却到絕對零度

熱力學可以應用在許多科學及工程的領域中,例如:引擎相變化化學反應輸運現象甚至是黑洞。熱力學計算的結果不但對物理的其他領域很重要,對航空工程航海工程車輛工程機械工程細胞生物學生物醫學工程化學化學工程材料科學等科學技術領域也很重要,甚至也可以應用在經濟學[1][2],另見「熱經濟學」。

热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究热量之間的能量轉換;在此功定義為位移內積;而熱則定義為在熱力系統邊界中,由溫度之差所造成的能量傳遞。兩者都不是存在於熱力系統內的性質,而是在熱力過程中所產生的。

熱力學的研究一開始是為了提昇蒸汽引擎效率,早期尼古拉·卡諾有許多的貢獻,他認為若引擎效率提昇,法國有可能贏得拿破崙戰爭[3]。出生於愛爾蘭的英國科學家開爾文在1854年首次提出了熱力學明確的定義[4]

一開始熱力學研究關注在熱機工質(如蒸氣)的熱力學性質,後來延伸到化学过程中的能量轉移,例如在1840年科學家杰迈因·亨利·盖斯提出,有關化學反應的能量轉移的研究[5]化學熱力學中研究化學反應的影響[6][7][8][9][10][11][12][6][13][14] 。統計熱力學也稱為統計力學,利用根據微觀粒子力學性質的統計學預測來解釋巨觀的熱力學性質。

  1. ^ 引证错误:没有为名为Smith的参考文献提供内容
  2. ^ 引证错误:没有为名为Haynie的参考文献提供内容
  3. ^ 引证错误:没有为名为Clausius的参考文献提供内容
  4. ^ 引证错误:没有为名为kelvin1854的参考文献提供内容
  5. ^ 引证错误:没有为名为Hess的参考文献提供内容
  6. ^ 6.0 6.1 引证错误:没有为名为Fermi的参考文献提供内容
  7. ^ Gibbs, Willard, J. (1876). Transactions of the Connecticut Academy, III, pp. 108–248, Oct. 1875 – May 1876, and pp. 343–524, May 1877 – July 1878.
  8. ^ Duhem, P.M.M. (1886). Le Potential Thermodynamique et ses Applications, Hermann, Paris.
  9. ^ Lewis, Gilbert N.; Randall, Merle. Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances. McGraw-Hill Book Co. Inc. 1923. 
  10. ^ Guggenheim, E.A. (1933). Modern Thermodynamics by the Methods of J.W. Gibbs, Methuen, London.
  11. ^ Guggenheim, E.A. (1949/1967)
  12. ^ Ilya Prigogine, I. & Defay, R., translated by D.H. Everett. Chemical Thermodynamics. Longmans, Green & Co., London. Includes classical non-equilibrium thermodynamics. 1954. 
  13. ^ Perrot, Pierre. A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. 1998. ISBN 0-19-856552-6. OCLC 12328334238073404. 
  14. ^ Clark, John, O.E. The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. 2004. ISBN 0-7607-4616-8. OCLC 5873284463473130. 



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