热力学 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另見熱經濟學 热力学是从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出生於愛爾蘭的英國科學家開爾文在年首次提出了熱力學明確的定義 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化學熱力學中研究熵對化學反應的影響 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