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热力学

热力学
热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系,以及状态发生变化时系统与外界相互作用(包括能量传递和转换)的学科。工程热力学是热力学最先发展的一个分支,它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用,是机械工程的重要基础学科之一。
热力学是从18世纪末期发展起来的理论,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。
热力学的完整理论体系是由几个基本定律以及相应的基本状态函数构成的,这些基本定律是以大量实验事实为根据建立起来的。无论多少个物体互相接触都能达到热平衡,并且如果A物体同时与B、C两物体处于平衡态,则B、C两物体接触时也一定处于平衡态而不发生新的变化,这一热平衡规律称为热力学第零定律。由此可以引入一个状态函数温度,温度是判定一系统是否与其他系统互为热平衡的标志。
从热力学的基本定律出发,应用这些态函数,经过数学推演得到系统平衡态的各种特性的相互联系,这就是热力学的方法,也是热力学的基本内容。热力学理论是普遍性的理论,对一切物质都适用,这是它的特点。在涉及某种特殊物质的具体性质时,需要把热力学的一般关系与相应的特殊规律结合起来。例如讨论理想气体时,需要利用理想气体的状态方程,等等。平衡态的热力学理论已经相当完善,并且得到了广泛的应用。
在自然界中,处于非平衡态的热力学系统(物理的,化学的,生物的)和不可逆的热力学过程是大量存在的,并且和许多重要现象有关。非平衡态热力学和不可逆过程热力学是正在发展的一个重要领域。

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