热力学

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热力学(英語:thermodynamics)是从18世纪末期发展起来的物理学理论,主要是研究功与热之间的能量转换。在此功定义为力与位移的内积;而热则定义为在热力系统边界中,由温度之差所造成的能量传递。两者都不是存在于热力系统内的性质,而是在热力过程中所产生的。

依照研究特性可分為兩大類:

  • 在物質能量轉換過程不探討個別分子特性的科學,稱之為古典熱力學classical thermodynamics);
  • 在物質能量轉換過程探討個別分子特性的科學,則稱之為統計熱力學statistical thermodynamics)。

四大定律[编辑]

  • 热力学第零定律(又稱熱平衡定律):只要A和B同時與C處於熱平衡,則A和B處於熱平衡狀態。
    • 數學式:若,則
  • 热力学第一定律(又稱能量守恆定律):能量守恒定律的一种特殊形式——能量不能被凭空创造,也不会凭空消失。
  • 热力学第二定律:所有的自然过程都增加熵(entropy);简而言之,热不能自发的从冷处转到热处,任何高温的物体在不受热的情况下,都会逐渐冷却。
    • 主要有兩種假說:克勞休斯假說(Clausius hyperthesis)與凱文-普朗克假說(Kelvin-Planck hyperthesis)。
  • 热力学第三定律:當物體處在絕對零度時,則所處之處熵值為零。
    • 數學式:若,則

功与能[编辑]

温度测量[编辑]

温度是表征物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。表示物体温度的标准叫温标。常用的有摄氏温标(°C)、华氏温标(°F),而国际单位制中的热力学温度单位为开尔文(K),一般用于天体和原子运动。

通常开尔文与摄氏温标的关系为