被称为热力学的科学分支研究的是能够将热能转换成至少一种其他形式的能量（机械能、电能等）或功的系统。热力学定律是多年来发展起来的，是热力学系统发生某种能量变化时所遵循的一些最基本的规则。

热力学史

热力学的历史始于奥托·冯·盖里克（Otto von Guericke），他于1650年制造了世界上第一台真空泵，并用他的马格德堡半球演示了真空。盖里克被迫制造了一个真空，以反驳亚里士多德长期坚持的“大自然厌恶真空”的假设。盖瑞克之后不久，英国物理学家和化学家罗伯特·博伊尔就知道了盖瑞克的设计，并于1656年与英国科学家罗伯特·胡克合作建造了一台气泵。使用这种泵，博伊尔和胡克发现了压力、温度和体积之间的相关性。随着时间的推移，波义耳定律逐渐形成，它表明压力和体积成反比。

热力学定律的后果

热力学定律往往很容易陈述和理解。。。如此之多以至于很容易低估它们的影响。除其他外，他们还限制了能量在宇宙中的使用。很难过分强调这一概念的重要性。热力学定律的结果在某种程度上涉及到科学研究的几乎每个方面。

理解热力学定律的关键概念

要理解热力学定律，必须理解与之相关的其他热力学概念。

• 热力学概述-概述热力学领域的基本原理
• 热能-热能的基本定义
• 温度-温度的基本定义
• 传热介绍-各种传热方法的说明。
• 热力学过程——当热力学系统经历某种能量转移时，热力学定律主要适用于热力学过程。

热力学定律的发展

热作为一种独特的能量形式的研究大约始于1798年，当时英国军事工程师本杰明·汤普森爵士（也被称为拉姆福德伯爵）注意到，热量的产生与所做的工作量成比例。。。这是一个基本概念，最终将成为热力学第一定律的结果。

法国物理学家萨迪·卡诺（Sadi Carnot）在1824年首次提出了热力学的基本原理。卡诺用来定义卡诺循环热机的原理最终将由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）转化为热力学第二定律，他也经常被认为是热力学第一定律的制定者。

19世纪热力学迅速发展的部分原因是工业革命期间需要开发高效的蒸汽机。

动力学理论；热力学定律

热力学定律本身并不特别关注热传递的具体方式和原因，这对于原子理论被完全采用之前制定的定律来说是有意义的。它们处理系统内能量和热转换的总和，不考虑原子或分子水平上热传递的具体性质。

热力学零定律

这个零定律是热平衡的一种传递性质。数学的传递性表明，如果A=B和B=C，那么A=C。处于热平衡的热力学系统也是如此。

零定律的一个结果是认为测量温度有任何意义。为了测量温度，温度计整体、温度计内的水银和被测物质之间必须达到热平衡。这反过来又导致能够准确地说出物质的温度。

在热力学研究的大部分历史中，人们对这条定律的理解并没有得到明确的阐述，直到20世纪初才意识到这条定律本身就是一条定律。英国物理学家拉尔夫·H·福勒（Ralph H.Fowler）首次创造了“零定律”一词，因为他相信零定律甚至比其他定律更为基本。

热力学第一定律

虽然这听起来很复杂，但实际上是一个非常简单的想法。如果你给一个系统添加热量，只有两件事可以做——改变系统的内能或使系统做功（当然，也可以两者结合）。所有的热能都必须用于做这些事情。

第一定律的数学表示

物理学家通常使用统一的约定来表示热力学第一定律中的量。他们是：

• U1（或Ui）=过程开始时的初始内能
• U2（或Uf）=过程结束时的最终内能
• delta-U=U2-U1=内能的变化（用于开始和结束内能的细节无关的情况）
• Q=进入（Q>0）或离开（Q<0）系统的热量
• W=系统（W>0）或系统（W<0）上执行的功。

这就产生了第一定律的数学表示法，它被证明非常有用，可以用两种有用的方式重写：

热力学过程的分析，至少在物理课堂情境中，通常涉及分析其中一个量为0或至少以合理方式可控的情境。例如，在绝热过程中，传热（Q）等于0，而在等容过程中，功（W）等于0。

第一定律；能量守恒

许多人认为热力学第一定律是能量守恒概念的基础。它基本上说，进入一个系统的能量不能在过程中损失，但必须用来做一些事情。。。在这种情况下，要么改变内能，要么做功。

从这个角度来看，热力学第一定律是迄今为止发现的影响最深远的科学概念之一。

热力学第二定律

热力学第二定律：热力学第二定律有很多形式，我们将很快讨论，但它基本上是一个定律，与物理学中的大多数其他定律不同，它不涉及如何做某事，而是完全涉及对可以做的事施加限制。

这是一条定律，它说大自然限制我们在不付出大量努力的情况下获得某些结果，因此它也与能量守恒的概念密切相关，就像热力学第一定律一样。

在实际应用中，这一定律意味着任何基于热力学原理的热机或类似装置，即使在理论上，也不能100%有效。

法国物理学家兼工程师萨迪·卡诺（Sadi Carnot）在1824年开发卡诺循环发动机时首次阐明了这一原理，后来德国物理学家鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）将其正式化为热力学定律。

熵与热力学第二定律

热力学第二定律可能是物理学领域之外最流行的，因为它与熵的概念或热力学过程中产生的无序密切相关。第二定律重新表述为关于熵的陈述，内容如下：

换句话说，在任何封闭系统中，每次系统经过热力学过程时，系统都不可能完全恢复到与以前完全相同的状态。这是时间之箭的一个定义，因为根据热力学第二定律，宇宙的熵总是会随着时间的推移而增加。

第二定律的其他表述

热力学第二定律的所有上述公式都是相同基本原理的等价陈述。

热力学第三定律

热力学第三定律本质上是关于创造绝对温度标度的能力的陈述，对于绝对温度标度，绝对零是固体内能精确为0的点。

各种来源显示了热力学第三定律的以下三种潜在公式：

1. 在有限的一系列操作中，不可能将任何系统降至绝对零。
2. 当温度接近绝对零度时，元素最稳定形式的完美晶体的熵趋于零。
3. 当温度接近绝对零度时，系统的熵接近常数

第三定律是什么意思

第三定律意味着一些事情，所有这些公式都会产生相同的结果，这取决于你考虑的程度：

公式3包含最少的限制，仅仅说明熵是一个常数。事实上，这个常数是零熵（如公式2中所述）。然而，由于对任何物理系统的量子限制，它将崩溃到其最低量子态，但永远无法将熵完全减少到0，因此不可能在有限的步骤内将物理系统减少到绝对零（这产生了公式1）。