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本書內(nèi)容包括：基本概念預(yù)定義；熱力學(xué)第一定律；熱力學(xué)第二定律和第三定律；氣體動(dòng)理論的基本概念；平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)分布的初級(jí)理論；近平衡態(tài)輸運(yùn)過程；簡(jiǎn)單系統(tǒng)。

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　　熱學(xué)是一門研究熱現(xiàn)象及其本質(zhì)和規(guī)律的學(xué)科。所謂熱現(xiàn)象，就是與冷和熱相關(guān)的現(xiàn)象。熱學(xué)的基本規(guī)律包含宏觀理論和微觀理論兩部分。前者是以熱力學(xué)第零、第一、第二和第三定律為基礎(chǔ)的熱力學(xué)理論，后者是以物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的氣體動(dòng)理論（又稱分子運(yùn)動(dòng)論）。熱力學(xué)理論建立在無可辯駁的廣泛實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，不涉及物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，因而具有普適性，但不能揭示宏觀現(xiàn)象背后的微觀物理機(jī)制，即不能回答“為什么”。氣體動(dòng)理論建立在物質(zhì)微觀模型的具體假設(shè)之上，能夠回答“為什么”，但不具有宏觀理論的普適性。宏觀理論與微觀理論優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，仿佛兩個(gè)半圓，若要揭示物質(zhì)世界圓滿的自然法則，二者缺一不可。本書的內(nèi)容即是以熱力學(xué)理論和氣體動(dòng)理論為主。

　　熱學(xué)是一門古老而常新的學(xué)科。熱學(xué)的發(fā)展史與人類文明進(jìn)步史息息相關(guān)，最早可追溯到史前時(shí)期。人類還在茹毛飲血的時(shí)代，就已經(jīng)掌握了獲取火種的方法，學(xué)會(huì)了使用工具。17世紀(jì)，玻意耳發(fā)現(xiàn)人類歷史上第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“定律”——?dú)怏w的玻意耳定律。17世紀(jì)末到18世紀(jì)，人類發(fā)明改良了將熱和工具結(jié)合起來的強(qiáng)大機(jī)器——熱機(jī)，并以此為契機(jī)突破性地推動(dòng)了熱學(xué)的進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，社會(huì)生產(chǎn)效率得到極大提高，第一次工業(yè)革命猶如星星之火，迅猛燎原。從此以后，人類社會(huì)就開始了日新月異的加速進(jìn)步。進(jìn)入21世紀(jì)，熱學(xué)仍然活躍在各個(gè)前沿領(lǐng)域，從液氦制冷機(jī)到核裂變反應(yīng)堆，從計(jì)算機(jī)cPu芯片制造到外太空探索……繼續(xù)推進(jìn)人類的福祉和發(fā)展。熱學(xué)的發(fā)展史一再驗(yàn)證，熱學(xué)是一門需要綜合運(yùn)用宏觀與微觀視角的學(xué)科，非如此不能夠透過紛繁復(fù)雜的熱現(xiàn)象抓住其本質(zhì)。正如黃昆先生所言，“宏微交替，物窮其理”——這種宏微交替的科學(xué)思維方式和研究方法，在其他學(xué)科中是罕見的。因此，不管是從認(rèn)識(shí)、理解物質(zhì)世界運(yùn)行規(guī)律并以之為人類造福的角度，還是從培養(yǎng)嚴(yán)格、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方式的角度，熱學(xué)都是一門極其重要的學(xué)科。

　　熱學(xué)是科學(xué)的范本。從第一次工業(yè)革命，到第二次工業(yè)革命，到第三次工業(yè)革命，人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步對(duì)科學(xué)的依賴日益深重。科學(xué)是人類認(rèn)識(shí)世界的一種方式。由科學(xué)發(fā)現(xiàn)所累積起來的知識(shí)，是人類迄今為止所獲得的最可靠的知識(shí)。那么，科學(xué)的特征是什么？換言之，科學(xué)的目的是什么？科學(xué)的精神在于何處？科學(xué)的方法包含哪些？這些基本問題都可以在熱學(xué)這門學(xué)科中找到答案。

　　首先，科學(xué)的目的是求真，即尋找和發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，人類可以運(yùn)用客觀規(guī)律理解世界萬象背后的本質(zhì)，也可以利用這些規(guī)律為社會(huì)謀福利。例如，在熱學(xué)發(fā)展過程中，對(duì)于熱的本質(zhì)，19世紀(jì)的科學(xué)家們一度有錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為熱來自于“熱質(zhì)”，它是一種神秘的氣體，看不見摸不著，但可以穿透固體和液體的縫隙在物質(zhì)之間交換。對(duì)于熱的本質(zhì)的執(zhí)著探求，讓焦耳等在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上打破了熱質(zhì)說的錯(cuò)誤理論，從而建立起熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律（見2。2節(jié)）。實(shí)踐證明，這是具有最廣泛普適性的規(guī)律，人類從此有了一個(gè)非常強(qiáng)大的理論工具，可以用于分析一切物質(zhì)的一切狀態(tài)與一切過程。與熱力學(xué)第一定律一樣，熱力學(xué)的其他基本定律也建立在廣泛的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，是普適性極強(qiáng)的客觀規(guī)律。因此愛因斯坦博士曾言，“（經(jīng)典熱力學(xué)）是具有普遍內(nèi)容的、唯一的物理理論。我深信。在其基本概念適用的范圍內(nèi)是絕不會(huì)被推翻的”。自這些客觀規(guī)律被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家與工程師們就一直在運(yùn)用它們?yōu)槿祟惙⻊?wù)，例如內(nèi)燃機(jī)（見2。8節(jié)）就是在熱力學(xué)理論，特別是卡諾熱機(jī)理論的指引下發(fā)明的，有了這個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)力心臟之后，才出現(xiàn)了汽車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具。

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