基本概念¶
★ 热力学研究的对象是各种各样的热力学系统，“系统”一词是为了与外界进行区分而引入的，通常对系统有如下分类：
在实际的生活中，开放系统和封闭系统是最常见的，而孤立系统仅仅作为一种理想的模型。当系统与外界相互作用的能量远小于系统能量，交换粒子数远小于系统粒子数时，可将系统近似为孤立系统。
此外，应当注意区分：元(化学性质相同)、相(物理性质相同)、态(同一个“态”可以有许多“相”)的概念。例如，某温度下的盐水，由于具有两种化学组成(NaCl和\(H_2O\))因而是二元系，但只考虑盐水的液态时，盐和水又只组成一个相。当温度降低，盐会析出成固态，盐水中出现了新的相，但整体仍然是二元系。
类比经典力学中的静力学，热力学中也有平衡态。热力学平衡态，即平衡态(注意与热平衡不同)，通常定义为：不受外界条件影响(或孤立系统)的各部分宏观性质不随时间变化的状态。 应当注意以下几点：
- 注意不是只有孤立系统才能达到平衡态，比如封闭系统与外界温度相同时，仍为平衡态。
- 判断是否为平衡态，通常将系统孤立，看系统是否发生变化。
- 只有满足平衡态条件的状态，才能成为P-V图上的某个点，而点到点的过程必须是准静态过程。
- 平衡态定义的核心是“不受外界影响”，而所谓的不受外界影响通常满足四条平衡：力学平衡(无粒子流，在场中的平衡)、热平衡(无热流，系统内温度相同)、化学平衡(系统内各部分化学组成相同)、相平衡(化学势相同)
- 由于微观上，系统的粒子是不断运动的，宏观性质只是在弛豫时间下统计平均的结果，因此必定会出现涨落，但这种涨落极小因此热力学部分忽略不计。此外，平衡态也叫热动平衡。
至于非平衡态，最典型的例子就是稳态：一个木块连接左右两个温度不同的恒温热源，虽然达到了温度分布不随时间变化的状态。但因为其存在热流和外界系统的影响而是非平衡态。
目前有了许多概念，但对于具体的热力学系统首要的问题是如何描述。我们描述的大体思路是通过选定描述宏观性质的状态参量，进而由此表示出状态函数，由此对系统进行描述。
常见的参量有：几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量.对应的例子是：体积V、压强P、电场强度E、物质的量n。此外，将只用(P,V)确定的系统叫做简单系统.
至于非平衡态的描述，要利用“局域平衡假设”，用宏观小微观大的思想，将系统分段，再用“场”的方法进行描述。这是因为，非平衡态中，许多物理量无法单独描述一个系统，只能将其化为场来描述。
★ 温度是个non-trivial的概念，虽然它的深刻内涵早已习焉不察，但在讨论具体热力学问题之前必须将之阐明。
热平衡定律的实验表明：\(A\sim B,\ B\sim C \Rightarrow A\sim C\)，其中\(\sim\)表示左右两边达到热平衡。这也称为热力学第0定律。
注意以上“热平衡”和之前的“平衡态”的区别，热平衡是不同状态(或系统)通过热接触达到共同状态的一种二元等价关系(等价类)；平衡态是系统在没有受外界影响下，宏观性质不变的状态。
根据热力学第0定律，可以讨论温度的存在性。设A、B、C三个系统，A和C达到热平衡;B和C达到热平衡，之间的关系由此描述：
由此,原则上可以解出：
又根据热0定律得到A和B达到热平衡，故有：
由此得到热平衡下，数值相同的一个状态量\(g(p,V)\)即系统的温度。因此，下面要解决的问题就是温度的测量问题，即温标。
- 经验温标:利用某物质的属性，例如沸点和凝固点作为定标点。常见的有：摄氏、华氏、列氏。（测温物质属性、定标点、分度）
- 理想气体温标:利用气体压强趋于0性质趋于相同的特性，并以水的三相点(273.16K)作为定标点。分为定压和定体两种，且都要求压强尽可能小。
- 热力学温标:基于卡诺定理，详见卡诺定理相关小节。
★ 对于分析具体热力学问题会涉及“透热壁”、“绝热壁”和“光滑”的概念，(1)透热壁即平衡时，温度T相同；(2)绝热壁即没有热交换，大多是绝热过程(3)光滑即要根据相关几何面积，考虑力学平衡的问题。