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功 。
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 、熵 、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 及材料科學 等科學技術領域也很重要,甚至也可以應用在經濟學 中[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,主要是研究功 與热量 之間的能量轉換;在此功定義為力 與位移 的內積 ;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 的效率 ,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] :
“
熱力學是一門描述熱和物體中各部份之間作用力的關係,以及描述熱和電器之間關係的學科。
”
一開始熱力學研究關注在熱機 中工質 (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 中研究熵 對化學反應 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。
^ 引证错误:没有为名为Smith
的参考文献提供内容
^ 引证错误:没有为名为Haynie
的参考文献提供内容
^ 引证错误:没有为名为Clausius
的参考文献提供内容
^ 引证错误:没有为名为kelvin1854
的参考文献提供内容
^ 引证错误:没有为名为Hess
的参考文献提供内容
^ 6.0 6.1 引证错误:没有为名为Fermi
的参考文献提供内容
^ 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.
^ Duhem, P.M.M. (1886). Le Potential Thermodynamique et ses Applications , Hermann, Paris.
^ Lewis, Gilbert N.; Randall, Merle. Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances . McGraw-Hill Book Co. Inc. 1923.
^ Guggenheim, E.A. (1933). Modern Thermodynamics by the Methods of J.W. Gibbs , Methuen, London.
^ Guggenheim, E.A. (1949/1967)
^ Ilya Prigogine, I. & Defay, R., translated by D.H. Everett. Chemical Thermodynamics. Longmans, Green & Co., London. Includes classical non-equilibrium thermodynamics. 1954.
^ Perrot, Pierre. A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. 1998. ISBN 0-19-856552-6 . OCLC 123283342 、38073404 .
^ Clark, John, O.E. The Essential Dictionary of Science . Barnes & Noble Books. 2004. ISBN 0-7607-4616-8 . OCLC 58732844 、63473130 .