热量

热量是因温度差而在系统之间传递的能量。在热力学中，它描述的是穿过系统边界的能量，而不是某种物质，也不是物体内部所含的某个量。热量不同于表征系统微观能量的内能，也不同于另一种能量传递方式——功。自发的净热传递总是从高温处流向低温处。传递的热量通常用 $Q$ 表示，以焦耳为单位。(openstax.org)

热量、温度与平衡

温度描述物体的冷热状态；热量则描述物体之间，或系统与其环境之间的相互作用。因此，温度高并不意味着具有某个确定的热量。使温度发生特定变化所需的能量，取决于材料、材料的量以及加热时的条件。温度相同的两个物体，其内能可能相差很大。(openstax.org)

当温度不同的物体能够以热传递的方式交换能量时，它们的温度会趋于相等。达到热平衡后，物体之间不再发生净热传递。热力学第零定律确立了热平衡关系的一致性：如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此也处于热平衡。这为温度测量提供了基础。(openstax.org)

能量收支与过程依赖性

热力学第一定律表达了能量守恒。对于整体动能和势能变化可以忽略的封闭系统，有

其中，$\Delta U$ 是内能的变化，$Q$ 是进入系统的热量，$W$ 是系统对外所做的功。按照这一约定，流出系统的热量和外界对系统所做的功均取负值。也可以采用其他符号约定，因此必须明确说明正负号的含义。(openstax.org)

内能是状态函数：其变化只取决于初态和终态。热量和功则取决于连接这两个状态的具体过程。因此，并不存在一个普遍适用的“含热量”，使其变化等于 $Q$。采用微分记号时，这一区别通常表示为

其中，$\delta$ 表示依赖于过程的能量传递。(openstax.org)

绝热过程中没有热量交换，但温度仍可因做功而发生变化。压缩隔热的气体就说明了为什么加热与温度升高不是等同的概念。(ocw.mit.edu)

热传递机制

三种主要机制是热传导、对流和热辐射。它们可以同时发生。热传导通过微观相互作用传递能量，不需要物质发生宏观运动。对流涉及流体的运动，既可以是浮力驱动的循环，也可以是外部作用引起的流动。热辐射通过电磁辐射传递能量，也能在真空中进行。温度相等的物体可以相互交换辐射，但净辐射传热量为零。(openstax.org)

对于通过均匀平板的稳态热传导，有

其中，$A$ 为面积，$L$ 为厚度，$k$ 为热导率。温度差和面积越大，传热速率越高；厚度越大，传热速率越低。与传递的能量 $Q$ 不同，传热速率 $\dot Q$ 的单位是瓦特。(openstax.org)

更一般地，傅里叶定律将传导热通量与温度梯度的负值联系起来。将这一关系与局部能量守恒相结合，可以得到热方程，用于描述在给定材料假设和边界条件下，导热介质中的温度如何随时间演变。(ocw.mit.edu)

热容与测量

对于不发生相变的加热或冷却过程，常用的近似公式为

其中，$m$ 为质量，$c$ 为比热容。物体相应的热容为 $C=mc$。这一表达式假定 $c$ 在所涉及的温度区间内近似不变，并且相关加热条件已明确规定。由于膨胀可能需要做功，气体在定容和定压过程中的热容有明显差异。(openstax.org)

量热法通过可测量的变化来确定热量交换，这些变化通常是温度变化或相变。在理想隔热的组合系统中，较热部分释放的热量与较冷部分吸收的热量相等。实际测量还必须考虑量热器自身的热容，以及与环境交换的能量。(openstax.org)

在相变过程中，能量传递不一定引起温度变化。对于在固定压力、平衡条件下熔化或沸腾的纯物质，有

其中，$L$ 是该相变的比潜热。熔化或汽化时吸收的能量，会在逆向相变中释放。当两相共存时，温度保持在相变温度，变化的是各相的量。(openstax.org)

熵与热力机械

热力学第二定律对热传递及其向功的转化施加了限制。对于可逆的热传递，有

其中，$S$ 为熵，$T$ 为绝对温度。跨越有限温度差的热传递是不可逆的，并会在系统与环境组成的整体中产生熵。当绝热系统内部发生不可逆过程时，即使没有热量交换，熵也可以发生变化。(ocw.mit.edu)

循环工作的热机从高温热源吸收热量，对外做功，并将部分热量排向较低温的热源。在温度为 $T_{\mathrm h}$ 和 $T_{\mathrm c}$ 的两个热源之间工作的可逆热机，其效率达到最大值：

卡诺循环实现了这一理想极限，其中温度以开尔文表示。(openstax.org)

制冷机和热泵通过消耗功，将热量从较冷区域输送到较热区域。它们的性能系数是有效传热量与输入功之比，可以大于一，因为装置是在搬运能量，而非仅将输入的功转化为热量。(openstax.org)