材料热力学与动力学

工程热力学: 应用于机械 化学热力学: 应用于化学现象或与化学有关的物理现象 材料热力学: 在引述热力学基本原理的基础上，着重以 固体材料为例说明这些原理的应用, 实则 是化学热力学的引伸.
A theory is the more impressive, the greater the simplicity of its premises, the more different kinds of things it relates, and the more extended its area of applicability. Therefore the deep impression that classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content which I am convinced it will never be overthrown within the framework of applicability of its basic concepts. A. Einste
材料热力学
热力学（thermodynamics）最初因研究热和 机械功相互转化的关系而得名；进而发展成 从能量观点研究物质的热性质和热运动，以 及建立有关平衡的一般规律的科学。
它是研究物质体系的能量及其转换的科学。
Thermodynamics is the field of science that deals with energy and its transformations.
一种观点： 平衡态热力学(体系的热力学力和流均为零)重 新命名为“热静力学（Thermostatics）
非平衡态热力学(涉及体系的热力学力和流)才 是名副其实的“热力学（Thermodynam门科学的历史，是那门科学中最宝贵的一 部分，科学只能给我们知识，而历史却给我 们智慧。(启示科学研究方法，培养创新思维 能力) 人类很早就对热有所认识，并加以应用。但 是将热力学当成一门科学且有定量的研究， 则是由17世纪末开始的，就是在温度计的制 造技术成熟以后，才真正开启了对热力学的 研究。
统计热力学：研究的对象与经典热力学研究的对象一 样，都是由大量粒子组成的宏观系统。从体系的具体 结构去计算热力学函数。 从组成系统的微观粒子的性质(如质量、大小、振动 频率、转动惯量等)出发，通过求统计概率的方法， 定义出系统的正则配分函数或粒子的配分函数，并把 它作为一个桥梁与系统的宏观热力学性质联系起来。 统计热力学方法是从微观到宏观的方法，它补充了经 典热力学方法的不足，填平了宏观和微观之间难以逾 越的鸿沟。
1.1 热力学分类
三类： 平衡态热力学(可逆过程热力学、经典热力学) 统计热力学 非平衡态热力学（线性、非线性非平衡）
经典热力学研究的对象是平衡态，面对许多 自然现象和社会现象的非平衡态，它显得有 些不足，所以对非平衡态热力学的研究就尤 为重要．
1.2 热力学的普适性
热力学的主要基础是热力学第一定律及第二 定律，它们是人类长期实践的经验总结。 热力学具有一定的普适性，它的概念和方法 可以应用于一切科学（物理学、化学、生物 学）与工程领域，甚至宇宙学和社会科学(包 括宗教)。代表性的有工程热力学、化学热力 学（物理化学）以及材料热力学等。
热力学发展史，基本上就是热力学与统计力学的发展 史，约可分成四个阶段： 第一个阶段：17世纪末到19世纪中叶 此时期累积了大量的实验与观察的结果，并制造出蒸 气机，对于“热(Heat)”的本质展开研究与争论，为热 力学的理论建立作好了准备。在19世纪前半叶，首先 出现了卡诺理论，热机理论(第二定律的前身)和功热 互换的原理(第一定律的基础)。这一阶段的热力学还 留在描述热力学的现象上，并未引进任何的数学算式。 第二个阶段：19世纪中到19世纪70年代末 此阶段热力学的第一定律和第二定律已完全理论化。 由于功热互换原理建立了热力学第一定律，由第一定 律和卡诺理论的结合，导致热力学第二定律的成熟。
第三个阶段：19世纪70年末到20世纪初 这个时间内，首先由波尔兹曼将热力学与分子动力学 的理论结合，而导致统计热力学的诞生，同时他也提 出非平衡态的理论基础，至20世纪初吉布斯(Gibbs) 提出系统理论建立统计力学的基础。 第四个阶段：20世纪30年代到今 主要是量子力学的引进而建立了量子统计力学，同时 非平衡态理论更进一步的发展，形成了近代理论与实 验物理学中最重要的一环。
特点： 不涉及物质系统内部粒子的微观结构，只涉及物质系 统变化前后状态的宏观性质。 实践证明，这种宏观的热力学方法是十分可靠的，它 导出的结论有高度的可靠性和广泛的普遍性。至今未 发现过实践中与热力学理论所得结论相反的情况。
宏观热力学的局限性: 它只能回答过程变化的可能性，不能回答变化的现实 性；它能提出反应的必要条件，但不能提供充分条件； 它能顶测某一过程能否向某一方向进行，以及进行的 限度，但不能解决该过程进行所需的时间以及内在原 因和变化机制。(需借助统计物理学深入地涉及分子 （或原子）微观态的各种热运动，即统计热力学。) 统计热力学方法属于从微观到宏观的方法。统计热力 学方法是在量子力学方法与经典热力学方法即微观方 法与宏观方法之间架起的一座金桥，把二者有效地联 系在一起。
理论的推理前提越简单，它所联系的不同事物越多，它 的应用范围越广泛，则这个理论给人的印象就越深刻。 因此．经典热力学……是具有普遍内容的唯一的物理理 论。在它的基本概念适用的范围内，它绝不会被推翻。 爱因斯坦．1949
1.3 热力学方法
经典热力学： 以大量粒子组成的宏观系统作为研究对象，以经验概 括出的热力学第一、第二定律为理论基础，引出或定 义了热力学能、焓、熵、亥姆霍茨函数、吉布斯函数， 再加上p,V,T这些可由实验直接测定的宏观量作为系统 的宏观性质，利用这些宏观性质，经过归纳与演绎推 理，得到一系列热力学公式或结论，用以解决物质变 化过程的能量平衡、相平衡和反应平衡等问题。