摘要
热力学通常被视作描述处于稳定平衡状态的宏观系统的理论，其建立在系统具有可扩展性以及规模与系统大小成正比的假设之上。在本文中，我们提出了热力学基本原理的通用表述方式，在这种表述中，熵和能量被定义并用于非平衡状态，且无需假设系统的可扩展性。该表述适用于所有系统——无论大小，粒子数量多少——以及所有状态，无论是平衡态还是非平衡态，它依靠明确规定的操作定义和存在原则，而非宏观理想化模型。文章还发展了包括绝热可用能和可用能量在内的关键热力学概念，并通过非平衡状态的能量-熵图来加以阐释，这种图示方式为理解不可逆性以及各种规模系统的做功极限提供了几何上的洞察。文章的很大一部分内容用于分析非做功相互作用中的熵传递，从而给出了热相互作用以及热-扩散相互作用的精确定义，这些在研究简单和复杂固体及流体中的非平衡行为的介观连续介质理论中具有重要意义。作为这一分析的直接结果，克劳修斯不等式以及克劳修斯第二定律表述也被以明确适用于非平衡过程的形式推导出来。由此形成的框架将热力学视为一种通用理论，其概念可统一应用于所有系统，无论大小，同时为教学和现代应用提供了连贯的理论基础。
