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熱力學，全稱熱動力學（法語：thermodynamique，德語：Thermodynamik，英語：thermodynamics，源於古希臘語θερμός及δύναμις），是研究熱現象中物態轉變和能量轉換規律的學科。它着重研究物質的平衡狀態以及與准平衡態的物理、化學過程。熱力學定義許多宏觀的物理量（像溫度、內能、熵、壓強等），描述各物理量之間的關係。熱力學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。

熱力學定律

熱力學可以總結為四條定律：

• 熱力學第零定律定義了溫度這一物理量，指出了相互接觸的兩個系統，熱流的方向。

• 熱力學第一定律指出內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勢能是不同的，區分出熱與功的轉換。

• 熱力學第二定律涉及的物理量是溫度和熵。熵是研究不可逆過程引入的物理量，表徵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卻到絕對零度。

應用

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」。

熱力學史

熱力學史可追溯到1650年格里克設計和建造了世界上第一個真空泵，並用馬德堡半球實驗證明了真空的存在，推翻了亞里士多德提出的「自然界厭惡真空」的假說。1656年，物理學家和化學家羅伯特·波義耳借鑑格里克的設計，與羅伯特·胡克發明了抽氣機。利用抽氣機，波義耳和胡克證明了壓強、溫度和體積之間有一定的關係，波義耳給出了波義耳定律，對於一定溫度下的一定量的氣體，壓強與體積成反比。1679年，波義耳的助手丹尼斯·帕潘發明了蒸汽蒸煮器，這是一個嚴密封蓋的容器，裡面會產生高壓氣體。帕潘後來對他發明的蒸煮器做了改進，加裝了放氣閥門，避免爆炸。帕潘觀察到了閥門的周期性的運動，構想出活塞和汽缸蒸汽機，但是他沒有去實現自己的想法。1697年，工程師托馬斯·薩弗里在帕潘的設計的基礎上，發明了第一個蒸汽機。隨後，1712年，湯瑪斯·紐科門也發明了一種蒸汽機。這些早期的蒸汽機非常粗糙，效率很低，但吸引了當時頂尖的科學家的注意。

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