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热力学（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^[1]^[2]，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^[3]。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^[4]：

“

熱力學是一門描述熱和物體中各部份之間作用力的關係，以及描述熱和電器之間關係的學科。

”

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^[5]。化學熱力學中研究熵對化學反應的影響^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]^[11]^[12]^[6]^[13]^[14] 。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。

簡介

熱力學一詞一般是指物體和過程的巨觀描述^[15]：「古典熱力學和個別原子的性質無關」^[16]。「統計熱力學」會用個別原子的性質來描述物體和過程，主要是將其描述為一群有類似特性的粒子，彼此的機率都相同。

熱力學最早是在研究能量的轉移，藉由巨觀變數可以將能量轉移分為二類：熱和功（英语：Work (thermodynamics)）^[17]^[18]。

熱力學平衡是熱力學中幾個最重要概念中的一個^[19]。一個熱力學平衡系統的溫度可以明確定義，可能也是熱力學中最有代表性的物理量。若系統及過程不在熱力學平衡的狀態，就很難進行精確的熱力學研究。不過在工程的應用中，往往會通过简单的近似计算，用平衡熱力學中的物理量，得到較實用的數值。在許多實際的系統中（例如熱機及冰箱），系統會包括數個有不同溫度和壓強的子系統，若這些子系統的熱力學變數已足夠接近明確定義的情形，就可以用較有效的方法來求解熱力學系統的變數。

热力学最基础的概念是系统和环境^[20]。一个热力学系统的环境是与之相互作用的其他热力学系统。热力学环境的一个典型例子是热浴，使系统的温度维持在某特定值，具体的相互作用形式可不去关心。

热力学最基本的实体是热力学状态和热力学过程。热力学中的推理可基于热力学状态或热力学循环过程。

热力学系统可由其状态来描述，热力学系统是个宏观物理对象，由描述宏观性质的物理和化学变量描述。所需的宏观态变量视具体的实验而定。

热力学系统可由其所经历的过程来描述，尤其是循环过程，这也是热力学创立者所采用的方法。

热力学和统计热力学应用于研究某一体系的过程，过程中分子的运动可分为两类：

快速运动，在所研究的过程的时间尺度上，分子可以遍历它所有可能的状态，使体系很快达到热力学平衡。
慢速运动，在所研究的过程的时间尺度上，可忽略分子运动。^[21]^[22]

如果宏观过程中，分子运动介于快速运动和慢速运动之间，在所研究的过程的时间尺度上，系统一般处于非平衡态。分离分子运动的时间尺度是热力学中经常考虑的问题。

例如，经典热力学主要是研究物质的状态方程，宏观力学量和温度比环境的变化要快很多，实际上是研究热力学平衡下的状态变量。状态方程表述的是系统的本构特性。状态方程常写为压强是体积和温度的函数。^[23]^[24]^[25]^[26]

本条目以由浅入深的方式介绍热力学，先介绍循环过程和热力学平衡态，最后介绍热力学非平衡态。

热力学史

热力学史可追溯到1650年格里克设计和建造了世界上第一个真空泵，并用马德堡半球实验证明了真空的存在，推翻了亚里士多德提出的“自然界厌恶真空（英语：Horror vacui (physics)）”的假说。1656年，物理学家和化学家罗伯特·波义耳借鉴格里克的设计，与罗伯特·胡克发明了抽气机^[27]。利用抽气机，波义耳和胡克证明了压强、温度和体积之间有一定的关系，波义耳给出了波义耳定律，对于一定温度下的一定量的气体，压强与体积成反比。1679年，波义耳的助手丹尼斯·帕潘发明了蒸汽蒸煮器，这是一个严密封盖的容器，里面会产生高压气体。帕潘后来对他发明的蒸煮器做了改进，加装了放气阀门，避免爆炸。帕潘观察到了阀门的周期性的运动，构想出活塞和汽缸蒸汽机，但是他没有去实现自己的想法。1697年，工程师托马斯·塞维利在帕潘的设计的基础上，发明了第一个蒸汽机。随后，1712年，汤玛斯·纽科门也发明了一种蒸汽机。这些早期的蒸汽机非常粗糙，效率很低，但吸引了当时顶尖的科学家的注意。

1759年，詹姆斯·瓦特开始设计蒸汽机，屡经失败。瓦特向格拉斯哥大学的教授约瑟夫·布拉克求教。布拉克向其讲解了自己提出的热容和潜热的概念，瓦特还想出了分离冷凝器的想法，终于显著提高了蒸汽机的效率^[a]。尼古拉·卡诺总结前人工作，在1824年发表著作《论火的动力（英语：Reflections on the Motive Power of Fire）》。这部著作论述了卡诺热机和卡诺循环的关系。这部著作是热力学成为现代科学的标志，卡诺也被称作热力学之父。

19世纪50年代，热力学第一和第二定律同时形成，主要完成者是威廉·约翰·麦夸恩·兰金、鲁道夫·克劳修斯和威廉·汤姆森。1859年，史上第一部热力学教科书出版，作者是兰金。^[28]

统计热力学的创立者包括：馬克士威、玻尔兹曼、普朗克、克劳修斯、吉布斯。

分支学科

热力学系统是理论上构建出来，以热力学定律研究有物质和能量交换的物理系统。热力学系统的研究可分为几个分支学科，各自有不同的基本模型，或采用不同的原理。

经典热力学

经典热力学用不随时间改变的平衡态或者连续的循环过程描述和研究热力学系统。应用的物理量是不随时间改变的实验可测量的宏观平衡态的物理量，即物理量的长时间平均的量不随时间改变，比如循环过程的流。

局域平衡态热力学

扩展热力学

统计热力学

熱力學定律

熱力學第零定律：在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热平衡，即使A和B没有热接触，他们仍然处于热平衡状态。这个定律说明，互相处于热平衡的物体之间必然具有相等的温度。
熱力學第一定律：能量守恒定律对非孤立系统的扩展。此时能量可以以功W或热量Q的形式传入或传出系统。热力学第一定律表达式为： $\Delta E_{\text{int}}\ =E_{\text{int,f}}-E_{\text{int,i}}=Q-W$
熱力學第二定律：孤立系統熵（失序）不會減少──簡言之，熱不能自發的從冷處轉到熱處，而不引起其他变化。任何高溫的物體在不受熱的情況下，都會逐漸冷卻。这条定律说明第二类永动机不可能制造成功。熱力學第二定律也可表示為熵增原理： $\Delta S\geq 0$ 。
熱力學第三定律：完整晶体於絕對溫度零度時（即攝氏-273.15度），熵增為零。

系統模型

各種熱力學系統中允許的質量或能量交換方式
熱力學系統分類	交換方式
	質量	功	熱
開放系統	Y	Y
封閉系統	N	Y	Y
絕熱封閉系統	N	Y	N
力學封閉系統	N	N	Y
孤立系統	N	N	N

熱力學系統是熱力學的重要概念之一，是指一塊有明確定義的區域，所有不在熱力學系統內的區域合稱為環境，系統和環境之間是由邊界隔開，系統和環境透過邊界才能交換物質、功（英语：Work (thermodynamics)）或熱。

邊界就是包圍系統外圍的表面，任何通過表面，會影響系統內能的都需要在能量平衡方程式中考慮。像马克斯·普朗克在1900年時的研究就將系統定義為單一原子周圍有共振能量的區域，薩迪·卡諾在1824年將系統定義為蒸汽机中的蒸氣，克里·伊曼紐爾在1986年有關大氣熱力學的研究中將系統定義為熱帶氣旋的本體。在量子統計力學中會將核素（一個由夸克組成的系統）定義為一個系統。

邊界可分為四種：固定、活動、真实、虛構。在引擎中的固定邊界是指活塞固定在某特定位置，因此在等容過程中，不會產生功。而在引擎中的活動邊界是指允許活塞移動位置，因此可以產生功。在封閉系統中，邊界是真实的，而在開放系統中，邊界多半是虛構的。^[29]

系統可以依邊界允許的質量或能量交換方式來分類，簡單分類可以分為以下三類：

孤立系統：系統完全不與外界交換能量或質量。
封閉系統：系統只與外界交換能量而不交換質量。
開放系統：系統與外界交換能量和質量。

但若將能量再細分為功和熱，封閉系統可以再多區分出二類，其性質介於封閉系統和孤立系統之間：若系統不允許外界交換熱，只能有功的交換，稱為絕熱封閉系統或熱孤立系統（英语：Thermally isolated system），若系統不允許外界交換功，只能有能的交換，稱為Adynamically封閉系統^[30]，也稱作力學孤立系統。

熱力學設備

熱力學設備（英语：thermodynamic instruments）可分為二種，分為是儀表（meter）和源（reservoir）。熱力學儀表是指任何可以量測熱力學系統中參數的設備。有時熱力學的參數是用理想的量測儀表來定義，例如熱力學第零定律說明若二個物體分別和一個物體達到熱平衡，這二個物體之間也達到了熱平衡。馬克士威在1872年時提出熱力學第零定律，也提到可以量測溫度的方式。理想的溫度計是在定壓下定量的理想氣體，根據理想氣體定律 $pV=nRT$ ，氣體的體積即可用來表示壓強，雖然壓強是用力學的方式定義，也可以用定溫下定量的理想氣體的體積來當作理想的气压表。热量计則是量測系統內能及能量變化的設備。

熱力學源是指一個很大的系統，和測試系統接觸時其特定狀態幾乎不會變化。熱力學源一般是用來將系統的狀態施加到某一特定數值。像壓強源是在特定壓強下的系統，和其他系統連接後，會使其他系統的壓強等於該特定值。地球的大氣常作為壓強源。熱力學中常見的熱力學源是熱庫，是特定溫度下的系統，像卡諾循環中就用到了高溫熱庫及低溫熱庫。^[31]

共軛變數

能量是熱力學的中心概念之一。熱力學第一定律說明系統和環境的總能量守恆。若要加入能量到系統中，可以透過加熱、壓縮、加入物質的方式。若要從系統中提出能量，則可以透過冷卻、膨脹、移出物質的方式。例如在力學的能量轉移等於對一物體的施力及物體的位移。

共軛變數是成對的熱力學概念，其中第一個表示施加在熱力學系統中的某種「力」，第二個則表示熱力學系統上的某種「位移」，二者的乘積即為轉移的能量。常見的共軛變數有：

壓強-體積（力學參數）
溫度-熵（熱參數）
化學勢-粒子數（材料參數）

局限性

熱力學由於發展較早，也有其自身的局限性，主要表現在：

它僅適用於粒子很多的宏觀系統；
它主要研究物質在平衡態下的性質，並不解答系統達到平衡態的詳細過程；
它把物質視作“連續體”，不考慮物質的微觀結構。

统计物理学与热力学结合起来研究热现象常常可以弥补以上局限性^[32]。

子学科

注释

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参见

[28] The Newcomen engine was improved from 1711 until Watt's work, making the efficiency comparison subject to qualification, but the increase from the Newcomen 1765 version was on the order of 100%.

[Smith-1] Smith, J.M.; Van Ness, H.C.; Abbott, M.M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw Hill. 2005. ISBN 0-07-310445-0. OCLC 56491111.

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[熱學-33] 秦允豪. 《热学》（第二版）. 高等教育出版社. : 第3页. ISBN 978-7-04-013790-3.

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-熱力學可以總結為四條定律。
+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与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，表征系統通過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。
+* [[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]]。
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 熱力學的研究一開始是為了提昇[[蒸汽引擎]]的[[熱效率|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]]<ref name="Clausius" />。出生於愛爾蘭的英國科學家[[威廉·湯姆森，第一代開爾文男爵|開爾文]]在1854年首次提出了熱力學明確的定義<ref name="kelvin1854" />：{{cquote|熱力學是一門描述熱和物體中各部份之間作用力的關係，以及描述熱和電器之間關係的學科。}}
-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<ref name="Hess" /><!-- which was not originally explicitly concerned with the relation between energy exchanges by heat and work. -->。[[化學熱力學]]中研究[[熵]]對[[化學反應]]的影響<ref name="Fermi"/><ref name="Gibbs 1876">Gibbs, Willard, J. (1876). ''Transactions of the Connecticut Academy'', III, pp. 108–248, Oct. 1875 – May 1876, and pp. 343–524, May 1877 – July 1878.</ref><ref name="Duhem 1886">Duhem, P.M.M. (1886). ''Le Potential Thermodynamique et ses Applications'', Hermann, Paris.</ref><ref name="Lewis Randall 1923">{{cite book | author=Lewis, Gilbert N. | coauthors=Randall, Merle | title=Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances | publisher=McGraw-Hill Book Co. Inc. | year=1923}}</ref><ref name="Guggenheim 1933">Guggenheim, E.A. (1933). ''Modern Thermodynamics by the Methods of J.W. Gibbs'', Methuen, London.</ref><ref name="Guggenheim 1949/1967">Guggenheim, E.A. (1949/1967)</ref><ref name="Prigogine and Defay 1954">{{cite book | author=Ilya Prigogine, I. & Defay, R., translated by D.H. Everett| title=Chemical Thermodynamics | year=1954 | publisher=Longmans, Green & Co., London. Includes classical non-equilibrium thermodynamics.}}</ref><ref name="Fermi"/><ref name="Perrot" >{{cite book |last = Perrot |first = Pierre |title = A to Z of Thermodynamics |publisher=Oxford University Press | year=1998 |isbn = 0-19-856552-6 |oclc=123283342 38073404}}</ref><ref>{{cite book |author=Clark, John, O.E.|title=The Essential Dictionary of Science |publisher=Barnes & Noble Books |year=2004 |isbn=0-7607-4616-8 |oclc=58732844 63473130
+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<ref name="Hess" /><!-- which was not originally explicitly concerned with the relation between energy exchanges by heat and work. -->。[[化學熱力學]]中研究[[熵]]對[[化學反應]]的影響<ref name="Fermi"/><ref name="Gibbs 1876">Gibbs, Willard, J. (1876). ''Transactions of the Connecticut Academy'', III, pp. 108–248, Oct. 1875 – May 1876, and pp. 343–524, May 1877 – July 1878.</ref><ref name="Duhem 1886">Duhem, P.M.M. (1886). ''Le Potential Thermodynamique et ses Applications'', Hermann, Paris.</ref><ref name="Lewis Randall 1923">{{cite book | author=Lewis, Gilbert N. | author2=Randall, Merle | title=Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances | url=https://archive.org/details/thermodynamicsfr00gnle_603 | publisher=McGraw-Hill Book Co. Inc. | year=1923}}</ref><ref name="Guggenheim 1933">Guggenheim, E.A. (1933). ''Modern Thermodynamics by the Methods of J.W. Gibbs'', Methuen, London.</ref><ref name="Guggenheim 1949/1967">Guggenheim, E.A. (1949/1967)</ref><ref name="Prigogine and Defay 1954">{{cite book | author=Ilya Prigogine, I. & Defay, R., translated by D.H. Everett| title=Chemical Thermodynamics | year=1954 | publisher=Longmans, Green & Co., London. Includes classical non-equilibrium thermodynamics.}}</ref><ref name="Fermi"/><ref name="Perrot" >{{cite book |last = Perrot |first = Pierre |title = A to Z of Thermodynamics |publisher=Oxford University Press | year=1998 |isbn = 0-19-856552-6 |id={{oclc|123283342|38073404}}}}</ref><ref>{{cite book |author=Clark, John, O.E.|title=The Essential Dictionary of Science |url=https://archive.org/details/essentialdiction0000unse|publisher=Barnes & Noble Books |year=2004 |isbn=0-7607-4616-8 |id={{oclc|58732844|63473130}}}}</ref> 。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。
-}}</ref> 。
-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。
 == 簡介 ==
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 [[熱力學平衡]]是熱力學中幾個最重要概念中的一個<ref name="Tisza" />。一個熱力學平衡系統的[[溫度]]可以明確定義，可能也是熱力學中最有代表性的物理量。若系統及過程不在熱力學平衡的狀態，就很難進行精確的熱力學研究。不過在工程的應用中，往往會通过简单的近似计算，用平衡熱力學中的物理量，得到較實用的數值。在許多實際的系統中（例如[[熱機]]及[[冰箱]]），系統會包括數個有不同溫度和壓強的子系統，若這些子系統的熱力學變數已足夠接近明確定義的情形，就可以用較有效的方法來求解熱力學系統的變數。
-热力学最基础的概念是[[系统]]和[[环境]]<!-- <ref name="Guggenheim 1949/1967" />--><ref name="Kondepudi 2008">Kondepudi, D. (2008). ''Introduction to Modern Thermodynamics'', Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8. Includes local equilibrium thermodynamics.</ref>。一个热力学系统的环境是与之相互作用的其他热力学系统。热力学环境的一个典型例子是热浴，使系统的温度维持在某特定值，具体的相互作用形式可不去关心。
+热力学最基础的概念是[[热力学系统|系统]]和[[热力学|环境]]<!-- <ref name="Guggenheim 1949/1967" />--><ref name="Kondepudi 2008">Kondepudi, D. (2008). ''Introduction to Modern Thermodynamics'', Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8. Includes local equilibrium thermodynamics.</ref>。一个热力学系统的环境是与之相互作用的其他热力学系统。热力学环境的一个典型例子是热浴，使系统的温度维持在某特定值，具体的相互作用形式可不去关心。
 热力学最基本的实体是热力学状态和热力学过程。热力学中的推理可基于热力学状态或热力学循环过程。
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 {{Main|热力学史}}
-{{link-en|热力学史|History of thermodynamics}}可追溯到1650年[[奥托·冯·格里克|格里克]]设计和建造了世界上第一个[[真空泵]]，并用[[马德堡半球]]实验证明了[[真空]]的存在，推翻了[[亚里士多德]]提出的“{{Link-en|自然界厌恶真空|Horror vacui (physics)}}”的假说。1656年，物理学家和化学家[[罗伯特·波义耳]]借鉴格里克的设计，与[[罗伯特·胡克]]发明了[[抽气机]]<ref>{{cite book |author=Partington, J.R. |title=A Short History of Chemistry |publisher=Dover |year=1989 | isbn= |oclc=19353301 |authorlink= J. R. Partington}}</ref>。利用抽气机，波义耳和胡克证明了[[压强]]、[[温度]]和[[体积]]之间有一定的关系，波义耳给出了[[波义耳定律]]，对于一定温度下的一定量的气体，压强与体积成反比。1679年，波义耳的助手[[丹尼斯·帕潘]]发明了{{Link-en|蒸汽蒸煮器|Steam digester}}，这是一个严密封盖的容器，里面会产生高压气体。帕潘后来对他发明的蒸煮器做了改进，加装了放气阀门，避免爆炸。帕潘观察到了阀门的周期性的运动，构想出活塞和汽缸蒸汽机，但是他没有去实现自己的想法。1697年，工程师{{link-en|托马斯·萨弗里|Thomas Savery}}在帕潘的设计的基础上，发明了第一个蒸汽机。随后，1712年，[[汤玛斯·纽科门]]也发明了一种蒸汽机。这些早期的蒸汽机非常粗糙，效率很低，但吸引了当时顶尖的科学家的注意。
+[[热力学史]]可追溯到1650年[[奥托·冯·格里克|格里克]]设计和建造了世界上第一个[[真空泵]]，并用[[马德堡半球]]实验证明了[[真空]]的存在，推翻了[[亚里士多德]]提出的“{{Link-en|自然界厌恶真空|Horror vacui (physics)}}”的假说。1656年，物理学家和化学家[[罗伯特·波义耳]]借鉴格里克的设计，与[[罗伯特·胡克]]发明了[[抽气机]]<ref>{{cite book |author=Partington, J.R. |title=A Short History of Chemistry |url=https://archive.org/details/shorthistoryofch0000part_q6h4 |publisher=Dover |year=1989 | isbn= |oclc=19353301 |authorlink= J. R. Partington}}</ref>。利用抽气机，波义耳和胡克证明了[[压强]]、[[温度]]和[[体积]]之间有一定的关系，波义耳给出了[[波义耳定律]]，对于一定温度下的一定量的气体，压强与体积成反比。1679年，波义耳的助手[[丹尼斯·帕潘]]发明了[[蒸汽蒸煮器]]，这是一个严密封盖的容器，里面会产生高压气体。帕潘后来对他发明的蒸煮器做了改进，加装了放气阀门，避免爆炸。帕潘观察到了阀门的周期性的运动，构想出活塞和汽缸蒸汽机，但是他没有去实现自己的想法。1697年，工程师[[托马斯·塞维利]]在帕潘的设计的基础上，发明了第一个蒸汽机。随后，1712年，[[汤玛斯·纽科门]]也发明了一种蒸汽机。这些早期的蒸汽机非常粗糙，效率很低，但吸引了当时顶尖的科学家的注意。
 年，[[詹姆斯·瓦特]]开始设计蒸汽机，屡经失败。瓦特向[[格拉斯哥大学]]的教授[[约瑟夫·布拉克]]求教。布拉克向其讲解了自己提出的[[热容]]和[[潜热]]的概念，瓦特还想出了分离冷凝器的想法，终于显著提高了蒸汽机的效率{{efn|The Newcomen engine was improved from 1711 until Watt's work, making the efficiency comparison subject to qualification, but the increase from the Newcomen 1765 version was on the order of 100%.}}。[[尼古拉·卡诺]]总结前人工作，在1824年发表著作《{{link-en|论火的动力|Reflections on the Motive Power of Fire}}》。这部著作论述了[[卡诺热机]]和[[卡诺循环]]的关系。这部著作是热力学成为现代科学的标志，卡诺也被称作热力学之父。
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 == 熱力學定律 ==
 * [[熱力學第零定律]]：在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热平衡，即使A和B没有热接触，他们仍然处于热平衡状态。这个定律说明，互相处于热平衡的物体之间必然具有相等的温度。
-* [[熱力學第一定律]]：[[能量守恒定律]]对非[[孤立系统]]的扩展。此时能量可以以[[功]]'''''W'''''[[或]][[熱量|热量]]'''''Q'''''的形式传入或传出系统。热力学第一定律表达式为：<math>\Delta E_{\text{int}}\ = E_{\text{int,f}} - E_{\text{int,i}} = Q+ W </math>
+* [[熱力學第一定律]]：[[能量守恒定律]]对非[[孤立系统]]的扩展。此时能量可以以[[功]]'''''W'''''[[或]][[熱量|热量]]'''''Q'''''的形式传入或传出系统。热力学第一定律表达式为：<math>\Delta E_{\text{int}}\ = E_{\text{int,f}} - E_{\text{int,i}} = Q- W </math>
 * [[熱力學第二定律]]：[[孤立系統]][[熵 (熱力學)|熵（失序）]]不會減少──簡言之，熱不能自發的從冷處轉到熱處，而不引起其他变化。任何高溫的物體在不受熱的情況下，都會逐漸冷卻。这条定律说明第二类[[永动机]]不可能制造成功。熱力學第二定律也可表示為熵增原理：<math>\Delta S \ge 0 </math>。
 * [[熱力學第三定律]]：完整晶体於[[絕對溫度]]零度時（即攝氏-273.15度），熵增為零。
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 ! [[質量]]
 ! [[功]]
-! [[熱]]
+! [[熱能|熱]]
 |-
 ! [[開放系統 (熱力學)|開放系統]]
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-! Adynamically封閉系統
+! 力學封閉系統
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 [[熱力學系統]]是熱力學的重要概念之一，是指一塊有明確定義的區域，所有不在熱力學系統內的區域合稱為[[環境 (系統)|環境]]，系統和環境之間是由邊界隔開，系統和環境透過邊界才能交換物質、{{link-en|功 (熱力學)|Work (thermodynamics)|功}}或熱。
-邊界就是包圍系統外圍的表面，任何通過表面，會影響系統內能的都需要在能量平衡方程式中考慮。像[[马克斯·普朗克]]在1900年時的研究就將系統定義為單一原子周圍有共振能量的區域，[[薩迪·卡諾]]在1824年將系統定義為[[蒸汽机]]中的蒸氣，{{link-en|克里·伊曼紐爾|Kerry Emanuel}}在1986年有關{{link-en|大氣熱力學|atmospheric thermodynamics}}的研究中將系統定義為[[熱帶氣旋]]的本體。在{{link-en|量子統計力學|Quantum statistical mechanics}}中會將[[核素]]（一個由夸克組成的系統）定義為一個系統。
+邊界就是包圍系統外圍的表面，任何通過表面，會影響系統內能的都需要在能量平衡方程式中考慮。像[[马克斯·普朗克]]在1900年時的研究就將系統定義為單一原子周圍有共振能量的區域，[[尼科拉斯·萊奧納德·薩迪·卡諾|薩迪·卡諾]]在1824年將系統定義為[[蒸汽机]]中的蒸氣，[[克里·伊曼紐爾]]在1986年有關[[大氣熱力學]]的研究中將系統定義為[[熱帶氣旋]]的本體。在[[量子統計力學]]中會將[[核素]]（一個由夸克組成的系統）定義為一個系統。
 邊界可分為四種：固定、活動、真实、虛構。在引擎中的固定邊界是指活塞固定在某特定位置，因此在等容過程中，不會產生功。而在引擎中的活動邊界是指允許活塞移動位置，因此可以產生功。在封閉系統中，邊界是真实的，而在開放系統中，邊界多半是虛構的。<ref>{{cite book | author=Lauth,Günter J.; Kowalczyk, Jürgen | title=Thermodynamik: Eine Einführung | publisher=Springer Spektrum | year=2015 | isbn=978-3-662-46228-7}}</ref>
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 [[File:Carnot heat engine 2.svg|300px|thumb|right|[[卡諾循環]]，其中的''T<sub>H</sub>''和''T<sub>C</sub>''就是高溫熱庫及低溫熱庫]]
-{{link-en|熱力學設備|thermodynamic instruments}}可分為二種，分為是儀表（meter）和源（reservoir）。熱力學儀表是指任何可以量測熱力學系統中參數的設備。有時熱力學的參數是用理想的量測儀表來定義，例如[[熱力學第零定律]]說明若二個物體分別和一個物體達到熱平衡，這二個物體之間也達到了熱平衡達到熱平衡。[[詹姆斯·克拉克·馬克士威|馬克士威]]在1872年時提出熱力學第零定律，也提到可以量測溫度的方式。理想的[[溫度計]]是在定壓下定量的[[理想氣體]]，根據[[理想氣體定律]]''PV=nRT''，氣體的體積即可用來表示壓強，雖然壓強是用力學的方式定義，也可以用定溫下定量的[[理想氣體]]的體積來當作理想的[[气压表]]。[[热量计]]則是量測系統內能及能量變化的設備。
+{{link-en|熱力學設備|thermodynamic instruments}}可分為二種，分為是儀表（meter）和源（reservoir）。熱力學儀表是指任何可以量測熱力學系統中參數的設備。有時熱力學的參數是用理想的量測儀表來定義，例如[[熱力學第零定律]]說明若二個物體分別和一個物體達到熱平衡，這二個物體之間也達到了熱平衡。[[詹姆斯·克拉克·馬克士威|馬克士威]]在1872年時提出熱力學第零定律，也提到可以量測溫度的方式。理想的[[溫度計]]是在定壓下定量的[[理想氣體]]，根據[[理想氣體定律]]<math>pV=nRT</math>，氣體的體積即可用來表示壓強，雖然壓強是用力學的方式定義，也可以用定溫下定量的[[理想氣體]]的體積來當作理想的[[气压表]]。[[热量计]]則是量測系統內能及能量變化的設備。
 熱力學源是指一個很大的系統，和測試系統接觸時其特定狀態幾乎不會變化。熱力學源一般是用來將系統的狀態施加到某一特定數值。像壓強源是在特定壓強下的系統，和其他系統連接後，會使其他系統的壓強等於該特定值。地球的大氣常作為壓強源。熱力學中常見的熱力學源是熱庫，是特定溫度下的系統，像[[卡諾循環]]中就用到了高溫熱庫及低溫熱庫。<ref>{{cite book | author=Windisch, Herbert | title=Thermodynamik: Ein Lehrbuch für Ingenieure |edition= Auflage 5.| publisher=De Gruyter Oldenbourg | year=2014 | isbn=978-3-486-77847-2}}</ref>
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 [[能量]]是熱力學的中心概念之一。[[熱力學第一定律]]說明系統和環境的總能量守恆。若要加入能量到系統中，可以透過加熱、壓縮、加入物質的方式。若要從系統中提出能量，則可以透過冷卻、膨脹、移出物質的方式。例如在[[力學]]的能量轉移等於對一物體的施力及物體的位移。
-[[共軛變數 (熱力學)|共軛變數]]是成對的熱力學概念，其中第一個表示施加在熱力學系統中的某種「力」，第一個則表示熱力學系統上的某種「位移」，二者的乘積即為轉移的能量。常見的共軛變數有：
+[[共軛變數 (熱力學)|共軛變數]]是成對的熱力學概念，其中第一個表示施加在熱力學系統中的某種「力」，第二個則表示熱力學系統上的某種「位移」，二者的乘積即為轉移的能量。常見的共軛變數有：
 *[[壓強]]-[[體積 (熱力學)|體積]]（[[力學]]參數）
 *[[溫度]]-[[熵]]（熱參數）
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 == 局限性 ==
 熱力學由於發展較早，也有其自身的局限性，主要表現在：
-＃它僅適用於粒子很多的宏觀系統;
-＃它主要研究物質在平衡態下的性質，並不解答系統達到平衡態的詳細過程;
+# 它僅適用於粒子很多的宏觀系統；
+# 它主要研究物質在平衡態下的性質，並不解答系統達到平衡態的詳細過程；
-＃它把物質視作“連續體”，不考慮物質的微觀結構。
+# 它把物質視作“連續體”，不考慮物質的微觀結構。
 [[统计物理学]]与热力学结合起来研究热现象常常可以弥补以上局限性<ref name="熱學" />。
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 <ref name="Smith">{{cite book
  |author=Smith, J.M.
- |coauthors=Van Ness, H.C., Abbott, M.M.
+ |author2=Van Ness, H.C.
+ |author3=Abbott, M.M.
  |title=Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics
  |publisher=McGraw Hill
@@ 第202行： / 第202行： @@
  |page=232
  |publisher=C.J. Clay, M.A. & Son, Cambridge University Press
- |url = http://books.google.com/books?id=nWMSAAAAIAAJ&pg=PA100
+ |url=http://books.google.com/books?id=nWMSAAAAIAAJ&pg=PA100
+ |access-date=2013-05-10
-}}</ref>
+ |archive-date=2013-06-20
-<ref name=Hess>Hess, H. (1840). [http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151359/f397.image.r=Annalen%20der%20Physik%20(Leipzig)%20125.langEN Thermochemische Untersuchungen], ''Annalen der Physik und Chemie'' (Poggendorff, Leipzig) '''126'''(6): 385–404.</ref>
+ |archive-url=https://web.archive.org/web/20130620093310/http://books.google.com/books?id=nWMSAAAAIAAJ&pg=PA100
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+ }}</ref>
+<ref name=Hess>Hess, H. (1840). [http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151359/f397.image.r=Annalen%20der%20Physik%20(Leipzig)%20125.langEN Thermochemische Untersuchungen] {{Wayback|url=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151359/f397.image.r=Annalen%20der%20Physik%20(Leipzig)%20125.langEN |date=20210423154444 }}, ''Annalen der Physik und Chemie'' (Poggendorff, Leipzig) '''126'''(6): 385–404.</ref>
 <ref name="Fermi">{{cite book
  |title=Thermodynamics
@@ 第213行： / 第217行： @@
  |year=1956
  |page=ix
- |oclc=230763036 54033021
+ |id={{oclc|230763036|54033021}}
 }}</ref>
 <ref name="熱學">{{cite book
@@ 第225行： / 第229行： @@
  |author = Reif, F.
  |title = ''Fundamentals of Statistical and Thermal Physics''
+ |url = https://archive.org/details/fundamentalsofst00fred
  |year = 1965
  |publisher = McGraw-Hill Book Company
  |location = New York
- |pages = page 122}}</ref>
+ |pages = 122}}</ref>
 <ref name="Fowler">Fowler, R., Guggenheim, E.A. (1939). ''Statistical Thermodynamics'', Cambridge University Press, Canbridge UK. p. 3.</ref>
 <ref name="Bridgman">Bridgman, P.W. (1943). ''The Nature of Thermodynamics'', Harvard University Press, Cambridge MA, p. 48.</ref>
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 {{-}}
 {{Physics-footer}}
+{{暖通空調}}
 {{Authority control}}
 {{DEFAULTSORT:Thermodynamics}}

查论编物理学分支
物理学史
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概念	换气次数烘干建築外殼對流稀释家庭能源消耗（英语：Domestic energy consumption）焓流體動力學压缩机熱泵及冷凍循環传热湿度滲透（英语：Infiltration (HVAC)）潛熱噪音控制（英语：Noise control）釋氣颗粒物測濕學顯熱煙囪效應熱舒適性熱脱層化作用（英语：Thermal destratification）熱質量（英语：Thermal mass）热力学水蒸气压
技術	吸收式制冷氣密層（英语：Air barrier）空氣調節防凍劑汽车空调自主性建築（英语：Autonomous building）建築保溫材料（英语：Building insulation materials）中央供暖系统中央太陽能供熱（英语：Central solar heating）冷樑（英语：Chilled beam）冷卻水（英语：Chilled water）定風量系統（英语：Constant air volume）冷却剂獨立式外氣空調系統深層水源冷卻（英语：Deep water source cooling）需量控制外氣量（英语：Demand-controlled ventilation）置換通風（英语：Displacement ventilation）區域製冷（英语：District cooling）區域供暖電熱全熱交換機防火系統（英语：Firestop）強制供熱（英语：Forced-air）強制供熱氣體（英语：Forced-air gas）自然冷卻（英语：Free cooling）熱回收通風系統（英语：Heat recovery ventilation）熱混合（英语：Hybrid heat）循環加熱冷卻系統（英语：Hydronics）暖通空調冰蓄製冷空調系统（英语：Ice storage air conditioning）廚房通風（英语：Kitchen ventilation）混合式通風（英语：Mixed-mode ventilation）微型發電自然通風（英语：Natural ventilation）無動力冷卻被动式节能屋輻射加熱和冷卻系統（英语：Radiant heating and cooling system）輻射冷卻輻射加熱（英语：Radiant heating）氡氣降低系統（英语：Radon mitigation）制冷再生熱能（英语：Renewable heat）室內空調分配（英语：Room air distribution）太陽能空氣加熱（英语：Solar air heat）太陽能複合式系統（英语：Solar combisystem）太阳能空调太陽能加熱系統（英语：Solar heating）热绝缘地板式送风空调系统地暖系統防潮膜（英语：Vapor barrier）蒸氣壓縮製冷變風量系統（英语：Variable air volume）可變冷媒流量（英语：Variable refrigerant flow）通風
設備	變頻式空調空氣門空气滤清器空氣調節器（英语：Air handler）空氣離子產生器空氣混合室（英语：Air-mixing plenum）空气净化器空氣源熱泵（英语：Air source heat pumps）自動平衡閥（英语：Automatic balancing valve）燃室鍋爐（英语：Back boiler）屏障管線（英语：Barrier pipe）風門阻尼器（英语：Blast damper）锅炉離心式風扇（英语：Centrifugal fan）冰水主機冷凝泵（英语：Condensate pump）冷凝器冷凝式鍋爐（英语：Condensing boiler）對流加熱器（英语：Convection heater）冷卻塔節風門（英语：Damper (flow)）除湿机風道（英语：Duct (flow)）廢氣加熱器静电除尘蒸發式冷卻器（英语：Evaporative cooler）蒸发器吸油烟机排气扇膨脹槽（英语：Expansion tank）風機盤管機組（英语：Fan coil unit）風扇加熱器（英语：Fan heater）防火風門（英语：Fire damper）壁爐內嵌式壁爐（英语：Fireplace insert）低温恒温器（英语：Freeze stat）煙道（英语：Flue）氟利昂通风柜炉燃燒室（英语：Furnace room）压缩机煤氣加熱器（英语：Gas heater）汽油加熱器（英语：Gasoline heater）地源熱泵系統油管（英语：Grease duct）格柵（英语：Grille）地面耦合熱交換器（英语：Ground-coupled heat exchanger）换热器熱導管熱泵电热膜暖氣系統（英语：Heating system）高效率無軸封循環泵（英语：High efficiency glandless circulating pump）高效滤网高壓切斷開關（英语：High pressure cut off switch）加湿器红外加热器變頻壓縮機（英语：Inverter compressor）煤油加熱器（英语：Kerosene heater）百葉风扇機械室（英语：Mechanical room）油加熱器（英语：Oil heater）一體式空調（英语：Packaged terminal air conditioner）增壓空間（英语：Plenum space）加壓管道（英语：Pressurisation ductwork）排氣管道（英语：Process duct work）散熱器輻射反射器（英语：Radiator reflector）復熱器（英语：Recuperator）制冷剂調風器（英语：Register (air and heating)）回動閥（英语：Reversing valve）循環迴路（英语：Run-around coil）渦捲式壓縮機（英语：Scroll compressor）太陽能煙囪太陽能輔助熱泵（英语：Solar-assisted heat pump）空间加热器排煙管道系統（英语：Smoke exhaust ductwork）熱膨脹閥（英语：Thermal expansion valve）轉輪式熱交換器（英语：Thermal wheel）熱虹吸管（英语：Thermosiphon）散熱器恆溫閥（英语：Thermostatic radiator valve）涓流通風口（英语：Trickle vent）向陽保溫牆（英语：Trombe wall）導流翼（英语：Turning vanes (HVAC)）超低穿透空氣過濾網全屋送風系統（英语：Whole-house fan）風斗（英语：Windcatcher）燃木式火爐（英语：Wood-burning stove）
測量與控制	氣流計（英语：Air flow meter）水溫調節器（英语：Aquastat）建築自動化控制網路通訊協定鼓風門（英语：Blower door）智能建筑二氧化碳感應器（英语：Carbon dioxide sensor）清淨空氣輸出率控制閥（英语：Control valve）气敏传感器家庭能源監視器（英语：Home energy monitor）恆溼器（英语：Humidistat）暖通空調控制系統（英语：HVAC control system） LonWorks 最低效率值（英语：Minimum efficiency reporting value） OpenTherm（英语：OpenTherm）可編程通訊型溫控器（英语：Programmable communicating thermostat）可編程溫控器（英语：Programmable thermostat）空氣線圖常温智能恒温器自動調溫器散熱器恆溫閥（英语：Thermostatic radiator valve）
職業、行業與服務	建筑声学建筑工程建築技師（英语：Architectural technologist）屋宇裝備工程建築信息模型深度節能改造（英语：Deep energy retrofit）風管洩漏測試（英语：Duct leakage testing）風管清潔（英语：Air Duct Cleaning）环境工程水力平衡（英语：Hydronic balancing）廚房排氣清潔（英语：Kitchen exhaust cleaning）机械工程机械、电气和管道黴菌生長、評估及修復（英语：Mold growth, assessment, and remediation）製冷劑回收（英语：Refrigerant reclamation）測試、調整及平衡（英语：Testing, adjusting, balancing）
工業組織	美國空調承包商協會（英语：Air Conditioning Contractors of America）美國送風機協會（英语：Air Movement and Control Association）美国采暖、制冷与空调工程师学会美國材料和試驗協會英國建築研究所（英语：Building Research Establishment）英国建筑服务研究与信息协会（英语：BSRIA）特許屋宇設備工程師學會（英语：Chartered Institution of Building Services Engineers）英國製冷學會（英语：Institute of Refrigeration）国际制冷学会領先能源與環境設計美國鈑金空調承包商協會（英语：Sheet Metal and Air Conditioning Contractors' National Association）統一機械規範（英语：Uniform Mechanical Code）美国绿色建筑委员会
健康與安全性	室內空氣品質二手烟病态建筑综合征挥发性有机化合物
參見	美國採暖、製冷與空調工程師學會手冊（英语：ASHRAE Handbook）建築科學（英语：Building science）防火設計（英语：Fireproofing）暖通空調術語列表（英语：Glossary of HVAC terms） Template:自動化房屋（英语：Template:Home automation） Template:太阳能

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学术	AAT