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热力学の説明

中国語名詞热力学 (繁): 熱力學 (rèlìxué) 熱力学

热力学，全稱熱動力學（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。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：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。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。