热力学

注解

热学是研究热的产生和传导，研究物质处于热状态下的性质及其变化的学科。物理学的一个分支。研究宏观物体系统处于平衡态的行为和稳定性，而不涉及系统的原子和分子的结构。整个热力学学科建立在四个由自然界现象总结出的基本定律的基础之上，即第零定律——制造温度计是可能的；第一定律——能量是不能自生自灭的；第二定律——不可全部热能都可能转化为功；第三定律——绝对零度不可能达到。

人们很早就有冷热的概念。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的一些模糊概念（例如区分了温度和热量），并在此基础上开始探索热现象的本质和普遍规律。关于热现象的普遍规律的研究称为热力学。到19世纪，热力学已趋于成熟。

物体有内部运动，因此就有内部能量。19世纪的系统实验研究证明：热是物体内部无序运动的表现，称为内能，以前称作热能。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律：宏观机械运动的能量与内能可以互相转化。就一个孤立的物理系统来说，不论能量形式怎样相互转化，总的能量的数值是不变的，因此热力学第一定律就是能量守恒与转换定律的一种表现。

在卡诺研究结果的基础上，克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，表达了宏观非平衡过程的不可逆性。例如：一个孤立的物体，其内部各处的温度不尽相同，那么热就从温度较高的地方流向温度较低的地方，最后达到各处温度都相同的状态，也就是热平衡的状态。相反的过程是不可能的，即这个孤立的、内部各处温度都相等的物体，不可能自动回到各处温度不相同的状态。应用熵的概念，还可以把热力学第二定律表达为：一个孤立的物理系统的熵不会着时间的流逝而减少，只能增加或保持不变。当熵达到最大值时，物理系统就处于热平衡状态。

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