热力学是物理学的一个领域，它研究物质的热与其他性质（如压力、密度、温度等）之间的关系。

具体地说，热力学主要关注热传递如何与经历热力学过程的物理系统中的各种能量变化相关。这类过程通常由系统做功，并受热力学定律的指导。

传热的基本概念

广义地说，一种材料的热被理解为该材料粒子中所含能量的表示。这被称为气体动力学理论，尽管这个概念在不同程度上也适用于固体和液体。这些颗粒运动产生的热量可以通过各种方式传递到附近的颗粒中，从而传递到材料的其他部分或其他材料中：

• 热接触是指两种物质可以相互影响温度。
• 热平衡是两种热接触的物质不再传热。
• 当一种物质在获得热量时体积膨胀时，就会发生热膨胀。热收缩也存在。
• 传导是指热量流经加热的固体。
• 对流是当被加热的粒子将热量传递给另一种物质时，例如在沸水中煮东西。
• 辐射是指热量通过电磁波传递，如太阳辐射。
• 绝缘是指使用低导电材料来防止热传递。

热力学过程

当系统内存在某种能量变化时，系统会经历热力学过程，通常与压力、体积、内能（即温度）或任何类型的热传递的变化有关。

有几种特定类型的热力学过程具有特殊性质：

• 绝热过程-没有热量进入或流出系统的过程。
• 等容过程-体积不变的过程，在这种情况下，系统不工作。
• 等压过程-压力不变的过程。
• 等温过程-温度不变的过程。

物质状态

物质状态是对物质所表现的物理结构类型的描述，其属性描述了物质如何结合（或不结合）在一起。物质有五种状态，尽管在我们思考物质状态的方式中通常只包括前三种状态：

• 气体
• 液体
• 固体
• 血浆
• 超流体（如玻色-爱因斯坦凝聚体）

许多物质可以在物质的气相、液相和固相之间转变，而只有少数稀有物质能够进入超流体状态。等离子体是一种独特的物质状态，如闪电

• 冷凝-从气体到液体
• 冷冻-液态到固态
• 熔融-固态到液态
• 升华-固体到气体
• 汽化-液体或固体转化为气体

热容

物体的热容C是热变化（能量变化，ΔQ，其中希腊符号δ，Δ表示量的变化）与温度变化（ΔT）的比率。

物质的热容表示物质加热的难易程度。良好的导热体的热容较低，这表明少量的能量会导致较大的温度变化。一个好的隔热材料会有很大的热容，这表明温度变化需要大量的能量传递。

理想气体方程

有各种各样的理想气体方程，它们与温度（T1）、压力（P1）和体积（V1）有关。热力学变化后的这些值由（T2）、（P2）和（V2）表示。对于给定量的物质n（以摩尔计），以下关系成立：

R是理想气体常数，R=8.3145 J/mol*K。因此，对于给定的物质量，nR是常数，这给出了理想气体定律。

热力学定律

• 热力学零定律——两个系统各自处于热平衡状态，第三个系统彼此处于热平衡状态。
• 热力学第一定律——一个系统能量的变化是增加到系统中的能量减去做功所消耗的能量。
• 热力学第二定律——一个过程不可能将热量从较冷的物体传递到较热的物体。
• 热力学第三定律——在有限的一系列操作中，不可能将任何系统降至绝对零。这意味着不能创造出一个完全高效的热机。

第二定律；熵

热力学第二定律可以重新表述为熵，熵是系统无序度的定量测量。热量的变化除以绝对温度就是这个过程的熵变。按照这种方式定义，第二条法律可以重述为：

所谓“封闭系统”，是指在计算系统的熵时，包括了过程的每一部分。

更多关于热力学

在某些方面，把热力学当作一门独特的物理学学科是误导的。热力学几乎涉及物理学的每一个领域，从天体物理学到生物物理学，因为它们都以某种方式处理系统中能量的变化。如果没有一个系统利用系统内部能量做功的能力——热力学的核心——物理学家就没有什么可研究的。

话虽如此，有些领域在研究其他现象时会顺便用到热力学，而有许多领域则非常关注所涉及的热力学情况。以下是热力学的一些子领域：

• 低温物理学/低温物理学/低温物理学-研究低温情况下的物理性质，甚至远低于地球最冷地区的温度。超流体的研究就是一个例子。
• 流体动力学/流体力学-研究“流体”的物理性质，在本例中具体定义为液体和气体。
• 高压物理学-研究超高压系统的物理学，通常与流体动力学有关。
• 气象学/天气物理学-天气物理学、大气压力系统等。
• 等离子体物理学-研究等离子体状态下的物质。