熱力學定律

• 系統宏觀(物理)性質: 溫度、壓力、體積、質量。

• 在熱力學中，溫度、內能、熵是三個基本的狀態函數： . 內能是由熱力學第一定律確定的； . 熵是由熱力學第二定律確定的； . 而溫度是由熱平衡定律確定的。

• 溫度: 物體冷熱的程度，是一個基本的物理參數。

• 溫度的量度: 溫度刻度化(溫度計)。
• 熱接觸: 兩溫度不同之物體互相接觸，而產生熱量傳遞的現象。
• 熱平衡: 兩物發生熱接觸經一段時間後，當溫度相等時，兩物之間便不再發生熱量傳遞的現象稱之。

熱力學第零定律

• 第零定律是由英國物理學家R.H.Fowler於1930年正式提出，比熱力學第一定律和熱力學第二定律晚了80餘年，但是第零定律是後面幾個定律的基礎，所以叫做熱力學第零定律。

• 又稱熱平衡定律，是一個關於互相接觸的物體在熱平衡時的描述，以及為溫度提供理論基礎。

• 若兩個熱力學系統均與第三個系統處於熱平衡狀態，此兩個系統也必互相處於熱平衡。
• $T_a = T_c$ and $T_b = T_c$ then $T_a = T_b$.
• 這個定律說明，互相處於熱平衡的物體之間必然具有相等的溫度。
• 一個熱平衡系統的宏觀物理性質（壓力、溫度、體積等）都不會隨時間而改變。
  • 一杯放在餐桌上的熱咖啡，由於咖啡正在冷卻，所以這杯咖啡與外界環境並非處於平衡狀態。
  • 當咖啡不再降溫時，它的溫度就相當於室溫，並且與外界環境處於平衡狀態。
• 由此可定義與物質本身性質無關的物理量:溫度，來量化物質本身的冷熱程度。

Example

• 假設有$A$ 與$B$ 兩個物體，質量分別為$m_A$、$m_B$，比熱分別為$c_A$、$c_B$，溫度分別為$t_A$、$t_B$且$t_A > t_B$，二者接觸達熱平衡時溫度為$t$。

• 假設兩者熱交換量為$Q$，則$A$流向$B$的熱量為$Q=m_A c_A (t_A - t)$.

• 而$B$從$A$得到的熱量為$Q=m_B c_B (t - t_B)$.

• 所以可得 $t=\frac{m_A c_A t_A + m_B c_B t_B}{m_A c_A + m_B c_B}$.