作者：彭晓韬

日期：2025.06.21

[文章摘要]：热量的本质是以分子和原子组成的物体中的分子/原子热运动平均动能变化量的表达方式之一。所谓热量的传导三种方式（传导、辐射和对流）均是分子/原子热运动状态通过分子/原子的相互接触、分子/原子间的库仑力和分子/原子在空间上的交叉换位来实现的，本质上均是分子/原子之间的库仑力相互作用的结果，并不存在一种叫热量的东西在分子/原子或不同物体之间流动。因此，以此角度审视热力学三定律和熵增定律时，就会得到一个与目前主流观点完全不同的结论：不能用所谓的热量在系统之间的传递或变化来描述系统之间的热力学规律，而需要用分子/原子热运动平均动能在系统之间的变化来描述系统之间的热力学规律。

一、热力学三定律和熵增定律及其本质简述

1、热力学第一定律的本质

热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

热力学第一定律的本质是一个热力学系统中的分子/原子热运动的总动能和势能的增减量等于外界使其分子/原子热运动状态变化的总动能和势能的变化量。也就是所谓的能量守恒定律。

    2、热力学第二定律的本质

热力学第二定律：热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。

热力学第二定律的本质是分子/原子平均动能高的物体会使平均动能低的物质的平均动能升高，而不可能出现平均动能低的物体使平均动能高的物体的平均动能升高。

3、热力学第三定律的本质

热力学第三定律：任何热力学系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到绝对零度。

热力学第三定律的本质是分子/原子热运动不可能停止或分子/原子的热运动的峰值频率不可能等于0（也就是所有分子/原子的热运动频率不可能同时为0）。

4、熵增定律的本质

熵增定律：在孤立系统内，任何变化不可能导致熵的总值减少，即dS≥0。如果变化过程是可逆的，则dS=0；如果变化过程是不可逆的，则dS＞0；总之熵有增无减 。熵增定律的表达式为：∫dQ/T≤0。

dQ为该热力学过程中吸收的热量，从热库向温度变化的物体（即卡诺循环中的工作物质）传热规定为正向，T为系统的热力学温度，积分表示热力学过程，当该过程可逆时取等号，不可逆时取小于号。该表达式又称克劳修斯不等式。

熵增定律的本质是孤立系统内的状态函数S（即所谓的熵。熵是该系统的温度T和从系统外吸收的热量Q的函数）在系统吸收外部热量后的总值只增不增。

注：以上主要内容摘自百度百科等网络文章。

二、热力学三定律和熵增定律的适用条件

1、热力学第一定律的适用条件

只有当系统吸收外部的总热量和外部对系统所做的功100%转换为系统中分子/原子热运动动能和势能时，热力学第一定律才适用。如果转换率不是100%就不适用了。实际上，转换率是不可能为100%的。因为，在系统增加内能的同时，系统也会将一部分内能传递给其周围的其它系统而降低转换率。

2、热力学第二定律的适用条件

只有把系统当成一个整体，其温度等于系统中所有子系统的温度时，热力学第二定律才适用。而实际上，任何一个系统中的子系统的温度是不可能完全相同的。如：一杯水的不同部分的温度是不可能完全相等的。一般杯顶面的水温会高于底部的水温和平均温度，当杯顶水面接触的东西的温度高于杯内水的平均温度但低于杯顶面水温时，这杯水还是会对高于平均水温的外体放热的。

另一方面，由于所谓的温度只是系统中分子/原子热运动期间产生的库仑力（库仑力频率谱中）的最大值所对应的频率（简称峰值频率）的标志（参见本人的文章《温度、热量的本质及在物质相变过程中的应用》（https://www.toutiao.com/article/6632920708190044685/）），而绝大部分分子/原子的热运动频率并不等于峰值频率。因此，系统中高于峰值频率的分子/原子是可以与其它的高温系统中的频率低的分子/原子发生相互作用而输出热量的。这也是很多物质会出现所谓的升华的根本原因所在。

3、热力学第三定律的适用条件

热力学第三定律仅适用于以分子/原子组成的物质所组成的系统。而非原子组成的系统是不成立的。如单个基本粒子组成的系统。如果存在中子星的话，中子星也是没有温度的或其温度为绝对零度。原因是：单个基本粒子组成的系统或中子星中的粒子/中子的热运动频率为0或不能参与热运动。

通常由原子组成的物质不能达到绝对零度的根本原因是：原子所在的空间位置上的万有引力和库仑力不可能恒定为0，原子为了抗衡其所在位置上的万有引力和库仑力，原子中的核外电子必须不断调整绕原子核的运动状态，以给原子核提供必要的反力以抗衡其所在位置上的万有引力和库仑力。这样一来，原子的热运动就不可能停止，温度也就不可能达到绝对零度。

4、熵增定律的适用条件

仅适用于系统从外部获得热量时的情形，而当向外部释放热量时，则不成立。也就是说：所谓的熵只有在系统的总内能增加时才会出现不减少，当系统总内能减少时，熵自然是可以减少的。

另一方面，系统获得热量而出现熵增时，就代表系统外的另一个或多个系统的熵在减少。总的熵是不变的。这也是能量守恒定律的必然要求与结果。

三、对热力学几个典型物理概念的误读和错误认识

1、认为温度是分子/原子热运动平均动能的标志

这一表述明显是错误的。因为，温度仅与分子/原子热运动峰值频率相关，与其动能没有直接关系。动能不仅与热运动频率相关，还与热运动的振幅/行程相关。这也是压缩气体被释放出来时温度会突然下降的原因所在：压缩气体释放前后的热运动平均动能基本不变，但峰值频率会突变。即释放后的分子热运动振幅突然变大，从而导致热运动频率降低并致使温度降低。这也是温度是热运动峰值频率而非平动动能的标志的直接证据。

2、认为温度的变化是热量的得失导致的

由于温度是分子/原子热运动所产生的库仑力峰值频率的标志，而导致峰值频率变化的因素并非单一的热量变化。如上面所说：压缩气体被释放时温度会突降，这一过程中并不存在热量的得失，而只是气体的体积发生变化。

3、对热量的本质认识不准确

所谓的热量只是分子热运动平均动能变化量的量度方法之一，并没有纯粹的、独立存在的热量，更不存在热量从高温物体向低温物体传导和辐射的问题。

4、对热量传导方式的本质认识不准确

通常说，热量传导有三种方式：传导、辐射和对流。但并不是有一种叫热量的东西在不同物体间传导、辐射或对流。

因为，从本质上讲，热量的传导、辐射和对流都是库仑力相互作用的结果：分子热运动过程中会产生同频率的时变库仑力，当系统中存在数以亿计的分子时，它们的热运动频率不同，所产生的时变库仑力的频率也就不同，加上分子在空间上的位置不同，当系统处于热平衡状态时，分子热运动频率和相位都会遵循正态分布规律。所以，其产生的库仑力的矢量叠加结果的频率谱也会与正态分布存在一定的关联性。这也是所谓的黑体辐射谱近似正态分布的根本原因。由此可见，热传导是相互靠近的分子间的库仑力相互作用导致其热运动频率发生变化的现象；热辐射是有一定距离的分子之间的库仑力相互作用导致其热运动频率发生变化的现象。在此需特别指出：所谓的热辐射不是电磁辐射。因为，不存在独立于库仑力外的磁力，也就不存在独立于电场外的磁场，更不可能存在所谓的电磁感应和电磁波（详见《在由中科院主办、中科协协办的“科学智慧火花”网上发表的文章》（https://www.toutiao.com/article/7513015674793673268/））。而热对流则是分子在空间位置上的交换，这只会发生在非固态的物质间或内部。