一、热力学简介
Thermodynamics: thermo—heat，dynamic—motion 是关于热量流动的科学. 主要用于研究处于平衡态的宏观系统及其如何从一种平衡态过渡到另一种平衡态，完全建立在经验性基础之上，其正确性由无数实验得以验证.
二、四个定律（Four Laws）
均属未经证明的经验性定律.
0th Law —T 定义了温度, 是一个“常识定律”(common-n
idea)
1st Law —U 能量转化与守恒定律, 亦可称为“保本定律”(break
even law)即不赔不赚.
2nd Law —S 定义了熵，指明了时间的方向性. 可理解为“零开
氏度时的保本定律”.
3rd Law —给出了熵的数值. 是一个令人沮丧的定律, 指出绝对
零度不可达到.
上述四个定律是不可规避的定律，具有普适性, 任何企图绕开这四个定律的热力学现象都不可能存在.
1. 第一定律表明任何形式的能量都可资利用, 能量只能从一种
形式转化为另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体, 在转化和转移的过程中，能的总量保持守恒, 不会对事业不会增加, “不赔不赚”. 据此人们可以把空气或海水中的能量源源不断地转化为热能为各种耗能机器提供动力(能量).
2. 第二定律告诉世人, 将一种能量转化为另一种能量时, 欲使其转化率(1
2T T -
1=η)达到100﹪就必须让其一的温度降低到零开氏度.
3. 第三定律则指明“绝对零度不能达到”.
三、几个定义
1. 系统(system) — 环境(surroundings) — 边界(bounding)
系统：是宇宙的一部分, 是研究的对象. 在研究过程中，一定要精确地定义所研究的系统，使其中物质既不能多也不能少. 系统可以是一个人、暖水瓶里的水、反应釜中的化学药剂等.
环境：研究系统一旦确定, 宇宙中其余的部分均可视为其
环境.
界面: 介于系统与环境之间, 系统与其环境之间相接触的
部分即为界面. 边界是真实存在的表面. 皮肤表
面、药剂的包装袋、器壁等. 也可以是想象的边界.
边界是一个至关重要的定义, 边界选取是否得当
会影响到研究对象系统中物质的多少.
2. 开放系统 封闭系统 孤立系统
开放系统(open system): 系统与环境间即允许有物质交换又
允许能量交换. 人体、开口反应器
封闭系统(clod system): 系统与环境仅有能量交换而无物
质交换. 允许能量通过边界进行传递.
孤立系统(isolated system)：与开系完全相反, 系统与环境之
间既无物质交换又无能量交换, 是理想系统.
上述各种定义十分重要. 之所以不断地有人宣称自己打破了热力学定律，往往是因为他们搞错了边界问题, 从而导致系统中的物质不是变多就是变少, 致使第二定律貌似被打破.
四、系统的描述(describe)
主要针对平衡系统（equilibrium system ）而言：所谓平衡系统是指系统的宏观性质不随时间和空间的改变而改变的系统. P 、V 、T 、n 、m etc.
这些物理量又可分为: 广延量和强度量两大类.
广延量(extensive property): 随着系统尺度的变化而变化, 具有可
加性. 比如将系统尺度加倍, 这些量的数值也会随之加倍, 此谓之广延量. M 、V , …
强度量(intensive property): 与体系的尺度无关, 将系统增加一倍
其温度不会变化. 如T. 另外, 还可利用广延量除以系统
中物质的摩尔数来获得相应强度量. 摩尔体积n V
v
状态变量(state variable)：描述的是处于平衡状态的系统, 与系统
的演化过程无关. 只要知道系统中物质的量和另外两
个强度量(n+ 2 intensive variables), 即可获得系统处于
平衡态时的所用信息. 亦即用尽可能少的数据来获得
平衡系统的大量有价值的信息, 这体现了热力学的强
大功能.
过程量(depend on the history)：功、热传递
五、一些符号
3H2 (g、1bar、100℃) 这套符号表明了何种物质、物质的量、系统的相态、压强及温度等物理量.
5H2O(l、1bar、25℃) + 5CH3CH2OH(l、1bar、25℃) 混合态
3H2 (g、5bar、100℃) = 3H2 (g、1bar、50℃) 膨胀过程
系统从一种平衡态演化到另一平衡态时肯定会经历一路径(path), 路径实为一种次序(conquence), 表示从初态过渡到末态的系列中间态, 可有诸多种方式达到这一要求. 如图1所示:
一定要搞清初态、末态及路径才能正确的解决问题. 介绍可逆过程(reversible process)与不可逆过程(irreversible process), 举例说明在不可逆过程中外界需要耗费额外功从而浪费较多的能量.
不可逆过程实质上定义了时间的方向性, 它只能沿着时间流逝的方向进行而不能逆转. 粉笔不可逆摔碎之后将无法自然地还原.
绝热过程(adiabatic process): 系统与环境之间没有热量交换和转移, 即边界不能传递热量. 如暖水瓶中的水与外界无能量交换.
等压过程(isobaric process)：压强恒定的过程.
等温过程(isothermal process)：温度恒定的过程.
