热力学基本关系

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热力学
经典的卡诺热机 T（熱庫）、Q（熱量）、W（功） H（高溫）、C（低溫）
分支 经典 统计 化学 量子热力学 平衡（英语：Equilibrium thermodynamics） / 非平衡
定律 第零 第一 第二 第三
系统 封閉系統 孤立系統 状态 状态方程 理想氣體 實際氣體 相 / 物质状态 平衡 控制體積 仪器（英语：Thermodynamic instruments） 过程 等压 等体 等温 绝热 等熵 等焓 准静态 多方 自由膨脹 可逆 不可逆 内可逆 循环 热机 热泵 热效率
系统性质 性质图 强度和广延性质 状态函数 （斜体共軛物理量） 温度 / 熵 熵的简介（英语：Introduction to entropy） 压强 / 体积 化学势 / 粒子數 蒸氣量 简化性质 過程函數 功（英语：Work (thermodynamics)） 热
材料性质 比热容  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ 压缩性  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ 热膨胀  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$ 性质数据库
方程（英语：Thermodynamic equations） 卡诺定理 克劳修斯定理 基本关系 理想气体定律 麦克斯韦关系 昂萨格倒易关系 布里奇曼热力学方程 热力学方程表
势 自由能 自由熵 内能 ${\displaystyle U(S,V)}$ 焓 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 亥姆霍兹自由能 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 吉布斯能 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
历史／文化 哲学 熵与时间 熵与生活 布朗棘轮 麦克斯韦妖 热寂佯谬 洛施密特佯谬 协同学 历史 总史 热 熵 气体定律 永动机 理论 热质说 活力 热动说 热功当量 动力 关键著作 《论摩擦激起的热源》 《关于多相物质平衡》 《论火的动力（英语：Reflections on the Motive Power of Fire）》 年表 热力学 热机
科学家 昂萨格 伯努利 迪昂 亥姆霍兹 吉布斯 焦耳 卡拉西奥多里 卡诺 克拉佩龙 克劳修斯 兰金 冯·迈尔 麦克斯韦 斯米顿 斯塔尔 开尔文男爵汤姆森 伦福德伯爵汤普森 沃特斯顿
查 论 编

热力学基本关系可將一熱平衡封閉系統中的內能無窮小變化，表示為以下熵及體積的無窮小變化：

${\displaystyle dU=TdS-PdV\,}$

其中

U為內能

T為絕對溫度

S為熵

P為壓力

V為體積

熱力學第一定律可用下式來表示：

${\displaystyle dU=\delta Q+\delta W\,}$

根據熱力學第二定律，可知下式在可逆過程中成立：

${\displaystyle dS=\delta Q/T\,}$

因此：

${\displaystyle \delta Q=TdS\,}$

用此式代入熱力學第一定律的表示式中，可得

${\displaystyle dU=TdS+\delta W\,}$

將dW用壓力和體積來表示，可得

${\displaystyle dU=TdS-PdV\,}$

以上均在可逆過程下進行推導，不過${\displaystyle U}$、${\displaystyle S}$及${\displaystyle V}$均為熱力學狀態函數，和過程無關。因此上式在不可逆過程下也成立。

若系統不單是體積會改變，其中粒子的數量也可能改變，热力学基本关系可擴展為以下的形式：

${\displaystyle dU=TdS-\sum _{i}X_{i}dx_{i}+\sum _{j}\mu _{j}dN_{j}\,}$

其中${\displaystyle X_{i}}$是對應狀態參數${\displaystyle x_{i}}$的廣義力，而${\displaystyle \mu _{j}}$是對應第${\displaystyle j}$種粒子的化學勢。