熱力學解釋了熱能如何轉化為其他形式的能量，以及這一過程如何影響物質。熱能是由熱量產生的能量。這種熱量是由物體內部的小顆粒運動產生的，這些顆粒運動得越快，產生的熱量就越多。熱力學并不關心這些能量轉化的方式和速度。熱力學的基礎是這些轉化發生時的初始狀態和最終狀態。還應指出的是，熱力學是一門宏觀科學。也就是說，它涉及的是本體系統，而不是物質的分子組成。下面，我們將針對倫敦大學學院CENG0004課程，為大家進行簡單預習。

一、熱力學的各個分支

熱力學分為以下四個分支：經典熱力學、統計熱力學、化學熱力學、平衡熱力學。

a.經典熱力學使用宏觀方法分析物質的行為。由于加入了溫度和壓力等單位，因此更容易計算其他性質和預測物質在過程中的行為。

b.在統計熱力學中，每個分子都是關注的對象，這意味著必須考慮到單個分子的特性及其相互作用，才能確定一組分子的行為特征。

c.化學熱力學涉及化學反應和狀態變化中功與熱的相互作用。

d.平衡熱力學研究能量和物質在接近平衡時的轉化。

二、熱力學的基本概念

1.熱力學系統

熱力學系統是我們必須處理的具有明確邊界的物質的某些部分。系統邊界可以是實的，也可以是虛的;可以是固定的，也可以是可變形的。

系統有三種類型

孤立系統--孤立系統不能與周圍環境交換能量和質量。宇宙被認為是一個孤立的系統。

封閉系統 - 在封閉系統中，能量可以跨邊界交換，但沒有質量交換。冰箱和活塞汽缸中的氣體壓縮就是封閉系統的例子。

開放式系統--在開放式系統中，質量和能量都可以在系統和環境之間傳遞。蒸汽輪機就是開放式系統的一個例子。

2.熱力學過程

當系統中的能量因壓力、體積和內能的變化而發生變化時，系統就會發生熱力學過程。

熱力學過程有四種類型，各有特點，即

絕熱過程 - 沒有熱量傳入或傳出系統的過程。

等容過程--沒有體積變化且系統不工作的過程。

等壓過程 - 壓力沒有變化的過程。

等溫過程 - 溫度沒有變化的過程。

3.熱力學平衡

在給定狀態下，系統的所有屬性都有固定值。即使某一屬性的值發生變化，系統的狀態也會變為另一種狀態。在處于平衡狀態的系統中，當它與環境隔離時，屬性值不會發生變化。

當整個系統的溫度相同時，系統處于熱平衡狀態。

如果系統中任何一點的壓力不變，則系統處于機械平衡狀態。

如果系統的化學成分不隨時間變化，則系統處于化學平衡狀態。

當兩相的質量達到平衡水平時，兩相體系就達到了相平衡。

當一個熱力學系統的化學、機械和熱平衡且相關參數不隨時間變化時，該系統處于熱力學平衡狀態。

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