thermodynamics 热力学

一门学科，专门研究能量从一个形式转变为另一个形式、热量的流向、能量作功的利用率等方面的规律。它是建立在这样一种概念上，即在宇宙中任何地方的被隔离系统中，存在一种该系统具有的可度量的能量，称为内能(internal energy)(U)。这是所有能够直接转变为热能的原子和分子系统中动能和势能的总和，因此不包括化学能和核能。U 的值仅在这系统终止被隔离的情况下，才会改变，例如把质量转移到系统中去，或由系统转移出质量；把热量(Q)转移到系统中去，或由系统转移出热量；对系统作功(W)，或由系统来作功。对于一个质量不变的绝热(Q＝0)系统来说，△ U＝W。在习惯上，如果对系统作功，则 W 为正值；如果由系统来作功，则W 为负值。对于质量不变的非绝热系统，△U＝Q＋W。这样的陈述就是热力学的第一定律，它等价于能量守恒定律。

所有的自然过程都符合这个定律，但并非所有符合这个定律的过程都能在自然界出现。大多数自然过程是不可逆的，亦即它们只能朝一个方向进行(参见 reversibleprocess)。一个自然过程可取的演变方向是热力学第二定律的主题，它有好几种陈述的方法。R·克劳休斯(1822—1888 年) 用两种方法来陈述：热量不可能从一个物体转移到具有较高温度的第二物体而不产生其他效应，以及一个封闭系统的熵总是随时间而增长的。这些陈述引进了热力学中关于温度(tempera-ture)(T)和熵(entropy)(S) 的概念，这两个都是确定不可逆过程演化方向的参量。一个物体或系统的温度确定热量是否会流进该物体或系统，或由该物体或系统流出，它的熵表示其不具备用以作功的能量的程度。因此在第一定律的陈述中，T 与 S 确定了 Q 与 S 之间的关系。这一点在第二定律的陈述中，通常以△U＝T△S

－W 的形式出现。

第二定律涉及熵的变化(△S)。热力学的第三定律对熵提供一个绝对标度值，它是这样叙述的：对于在绝对零度(absolute zero)下仅包括理想结晶体的变化来说，熵的总变化量为零。这个定律使得熵也能用绝对值来表述。

还有另外一条定律用于热力学。因为它是热力学其他定律的基础，并为其他定律所假定，它就是通常熟知的热力学第零定律。它是这样叙述的： 如果有两个物体分别对第三物体达到热平衡，则所有这三个物体彼此间处于热平衡状态。

参见 enthalpy；free energy。