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我刚刚教了一个关于热力学的本科课程，并将我的演讲写成一本书。这本书作为Google文档发布。如果您无法访问Google文档，则这是该书的PDF文件。以下各段描述了我的方法。我希望听到您的热力学经验。请在下方留下你的意见。请转发此帖子，以帮助我收到更多人的来信。谢谢。
所有人的热力学
就像英语，物理学，化学和微积分一样，热力学应该是每个人都会的工具。热力学的逻辑主要用英语表达，并带有一些物理，化学和微积分。我会谨慎使用英语，甚至会更加谨慎地使用物理，化学和微积分。
英语是一种很棒的语言，但并不是为热力学而发明的。我将主要使用名词和动词，并且主要避免形容词。除了文字，我还将使用图片，视频和方程式。一张图片胜过千言万语。视频价值一千张照片。一个方程式值得一千个视频。例如，等式f = ma已经生成了无数的单词，图片和视频。
物理，化学和微积分的事实很容易陈述，但是应用它们需要实践。您将在日常生活中体验热力学，并且将在实验室进行实验。
一个女孩遇见一个男孩。他们相爱了。他们从此过着幸福的生活。我们听过多少次这个故事了？但是我们一直在说。每一次讲述都像荷马或莎士比亚一样新鲜。这是一个很棒的故事，变化无穷，对许多其他故事来说都是基础。这是一个终生难忘的故事。
热力学也是如此。这场比赛结束后，无论谁讲，您都将认识到热力学的故事。啊哈，你会说，这是热力学的又一幕！有一天，您将讲述自己的热力学故事。只要您与大自然保持联系，就无法避免讲故事。热力学是自然界的基础。
历史
这本书没有讲授热力学的历史。通过追踪卡诺，克劳修斯，玻尔兹曼和吉布斯的步骤（和缺失的部分）来教授热力学是不切实际的，就像通过追踪牛顿和莱布尼兹的步骤来教授微积分是不切实际的。一个主题及其历史是不同的东西。将它们混合在入门书中对两者均不公平。
这就是说，热力学的历史是有趣的，有启发性的，并且有据可查，充满了胜利与绝望的戏剧。自然是没有科学的。是人类创造科学来理解自然。学习科学就是学习自然和人类。我们庆祝过去的创作者，并培养未来的创作者。我们建立集体记忆，以帮助人类生存，繁荣和幸福。
创作者的遗漏使热力学留下了疤痕，其中有些至今仍未愈合。如果我们学习一些历史，可能会加快治疗的速度。
我将在这本书中添加一些名称和年份作为地标。您可以从Wikipedia条目开始在线阅读热力学历史。
但是历史学家并没有创造历史。您不妨去研究原创作品，其中很多可以在线获得英文版本。即使是对创作者的粗略阅读，也可以增强您对戏剧的欣赏。在路灯污染天空之前，星星闪耀。
忽略法律
一个普通的人知道自然的许多事实。能量从炎热的地方转移到寒冷的地方。摩擦会使事情变暖。冰在手中融化。墨水分散。香水的气味。科学家知道何时节约能源，何时节约能源。
但是，即使是许多伟大的科学家也对热力学定律感到不舒服。相信我们自己的眼睛：皇帝不穿衣服。通过第二定律感到熵就像盲人感觉到大象一样。今天教熵而不让学生知道熵是奇怪的。
我不会围绕零定律，第一定律和第二定律构造这种热力学过程。通常认为这些定律定义了三个热力学性质：温度，内部能量和熵。该说法是错误的。我会顺便提及他们，所以您会看到他们如何误导
没有人遵循这些定律来实践热力学。他们是无菌的。他们歪曲自然。它们属于历史，而不属于当前的实践。这种情况让人联想到中医。在自然的事实被揭露之前，医学是有效的，但是医学理论是错误的。
我将专注于指导热力学（BAT）的基本算法，该算法指导计算和实验，以自吉布斯（Gibbs，1873）时代开始实践热力学的方式进行。您将学习在所有热力学上运行BAT。
假设与事实
由于另一个原因，我不重视热力学定律。欧几里得几何学一定给热力学创造者留下了深刻的印象。在欧几里得几何中，一些事实被标记为假设（即定律），得出所有其他事实。
从未以这种方式实践热力学。一些事实在设置最佳可行技术中确实起特殊作用，但不足以得出大多数其他事实。例如，我们将使用BAT来发展温度理论和融化理论，但是这些理论不能预测这一事实：冰在零摄氏度融化。
欧几里得几何学是热力学的错误模型，甚至对于几何学的实际使用也是错误的模型。在热力学中，许多事实都是重要的，不能从其他事实中得出。您将必须单独学习众多事实。
观看有关数学与物理学之间关系的费曼讲座。关于希腊和巴比伦数学传统的讨论始于23:30。
大数据
我们是分子的时代和数据的时代。分子产生大的热力学数据。 BAT指导我们衡量，管理和使用大数据。
热力学数据以多种方式测量，包括测温，量热法，热化学和电化学。
蒸汽表列出了处于各种状态的单个分子H2O的温度，压力，体积，能量，焓和熵。对于许多其他纯净物质（尤其是制冷剂）也存在类似的表格。
对于每种分子，理想的气体表将焓和熵列为温度的函数。这些表用于分析任意数量的理想气体的混合和反应。
混合了多种分子的固体和液体会产生大量数据。收集这些数据仍然是一项未完成的业务，并且已成为“物质基因组计划”的一部分。
逻辑，直觉和应用是热力学的不同方面
打开物理学，化学，生物学，环境科学，材料科学或食品科学的文章，您会看到有关热力学的大部分内容。熵影响所有自然现象。普遍存在是因为熵是自然的普遍力量。
但是，普遍性也使熵难以学习。例如，要将熵应用于引擎，您需要了解熵和引擎。在19世纪，这种历史发展难以创造热力学，而如今在学习热力学方面则更加困难。如今的学生很少对引擎有第一手的了解，而且很多人从不关心引擎。我放弃了历史发展，不使用引擎的操作来发展熵的逻辑。
本书将从第一性原理发展熵的逻辑，从日常经验中发展熵的直觉，并在许多领域应用熵。
我将在单独的部分中保留逻辑，直觉和应用程序。可以向所有人传授相同的逻辑和直觉，但是应用程序将是特定于领域的。这种情况类似于学习微积分。每个人都可以学习相同的差异化和集成规则，但是对于工程师和经济学家来说，不同的应用示例将是有效的。
逻辑和直觉到位后，引擎将作为应用示例。您可以选择是否学习。本书包含许多其他应用示例，并且在我有空的时候会拥有更多示例，因此该书将帮助读者掌握任何领域的热力学。如果我们受到纪律约束，那么多学科研究是有效的。
直觉
为了发展直觉，我们将看一些熟悉的现象：
理想气体
理想的气体混合物。湿度，露水，霜冻
阶段改变。冰，水，蒸汽
墨水分散
耗能
能量下降
这些现象将使您想起经验事实，即您已经知道的事情。查看这些现象将使您为逻辑和应用做好准备，而不应使经验事实使您不知所措。
应用
热力学使普通的想法异常有效。应用范围非常广泛，比自然本身还丰富，包括自然现象和人类发明。任何一本标准教科书都会有很多例子。这本书将描述一些内容：
纯净物
不可压缩的纯净物质
理想气体
理想的混合气体
范德华模型
渗透作用
稳流设备（例如涡轮机，压缩机，节气门，热交换器，喷嘴和扩散器）
周期数
发电厂
电冰箱
内燃发动机
加热，通风和空调
汁液的上升
化学反应
燃料电池
历史上，所有这些应用，特别是发动机，都为热力学的发展做出了贡献。但是，所有应用程序都是热力学逻辑附带的。您无需学习引擎就可以掌握热力学，但是您确实需要完成一些应用程序。
在微积分中情况类似。历史上对行星轨道的计算有助于微积分的发展，但与微积分的逻辑有关。您无需学习行星的轨道就可以掌握微积分，但是您确实需要完成一些应用程序。
逻辑
热力学的逻辑与概率的逻辑相似。我们将需要一些概率的基本概念，但是关于概率的课程并不是学习热力学的先决条件。热力学的逻辑需要六个想法：隔离的系统，样品空间，特性，状态，过程和平衡。
孤立的系统是世界的一部分，不与世界其他地方进行交互。
一个孤立的系统迅速且不断地翻转为一组量子态。用概率的语言来说，孤立系统是一个实验，每个量子态是一个样本点，孤立系统所有量子态的集合是样本空间。
内部变量x是将样本空间映射到集合X的函数，例如一组能量值，体积值，H2O分子数和电子数。内部变量的概率称为随机变量，在热力学中称为（热力学）属性。
当内部变量固定为集合X中的值x时，隔离的系统会在样本空间子集中的量子状态之间翻转。该子集中的量子态数量是内部变量Ω（x）的函数。样本空间的一个子集被称为概率事件，在热力学中被称为（热力学）状态。
隔离系统的过程对应于内部变量的值序列。
在长时间隔离系统之后，以及允许内部变量长时间更改之后，系统以相等的概率翻转到样本空间中的每个量子状态。据说隔离的系统已经达到（热力学）平衡。
热力学的基本算法（BAT）
该逻辑导致热力学的基本算法（BAT）：
用内部变量x构造一个隔离的系统。
根据内部变量Ω（x）求出子集中的量子态数。
更改x以使Ω（x）恒定以进行可逆过程，或最大化Ω（x）以获得平衡。
更改x以增加Ω（x），这是不可逆的过程。
通过S（x）= logΩ（x）定义隔离系统的子集熵。熵是无量纲的，绝对的，广泛的热力学性质。保持Ω（x）恒定等同于保持S（x）恒定。增加Ω（x）等效于增加S（x）。
当现象需要具有多个内部变量的孤立系统时，每个内部变量都是从样本空间到不同集的函数，则BAT的运行方式相同。
申请方式
每个热力学现象都在BAT上运行。本书将对许多现象进行最佳实践。热力学的每种应用都显示如下相同的模式。
描述一个现象。示例包括节流阀的功能，树液的上升，发电厂中的过程，反应中的分子以及燃料电池的功能。
运行BAT。确定具有内部变量的隔离系统。完成其他步骤。
使用数据。本书描述了四种数据：纯物质，不可压缩的纯物质，理想气体和理想气体混合物。
给出预测。示例包括平衡条件，变化方向和热力学效率。
具体例子
本书的逻辑起点是热力学的基本算法。但是，从日常经验中删除了这个逻辑起点。
热力学是一门抽象的学科，但是有许多具体的例子。我们将从五个开始：
理想气体
相对湿度
不可压缩的纯净物质
水和蒸汽
冰，水和蒸汽
这些具体示例激发了热力学的逻辑，增强了我们的直觉，并为众多应用奠定了基础。 在整本书中，我们将返回这些具体示例。
如果您知道这些具体示例，请跳至熵部分，并在需要时返回具体示例。
如果您之前已经学习过热力学，并且迫不及待想要观看本剧的结局，请跳至该热力学剧本的摘要。