热学作为物理学的一个分支学科,与其它分支学科间的共性规律较少,甚至传热学与热力学的联系也不够紧密。在热学中,实验性和唯象的规律居多,与力学、电学相比其理论基础还不是很完善。本文通过回顾和类比力学、电学中势能的概念及应用,提出了热学中的势能,分析了热学与力学、电学学科的共性规律,完善并发展了热过程的优化方法,以提高热过程的能源利用效率。通过分析力学、电学中势能的共同特征发现:势能可表示为广延量和与之对应的强度量(势)的乘积。现有传热学中的火积也具有类似特征,它是广延量热量与强度量温度之积,故将其命名为传递势能。将势能概念扩展到热功转换过程定义了转换势能,它是广延量热量与强度量转换势之积,代表热功转换的能力。传递势能和转换势能可分别作为热传递和热功转换过程不可逆性的量度。为完善现有传热学中势能(火积)的应用,将势能(火积)的概念推广至辐射换热过程的优化,并提出了用于复杂边界条件下传热优化的最小加权热阻原理,便于工程分析与应用。建立了转换热阻(热力学热阻)的概念以及用于热力系统优化的最小转换热阻原理,即转换热阻最小时,系统的热力学性能最优(输出功率最大),从而加强了传热学与热力学之间的联系。对克氏熵定义式及现有熵平衡方程进行了改进。从热力学第一定律出发,可直接定义具有态函数性质的熵表达式,与含过程量的熵定义式相比,用它计算不可逆过程熵变时,不需假想可逆过程;在熵分析中区分了热源熵流和系统熵流,从而使熵平衡方程能更加方便地计算系统内/外不可逆过程的熵产。通过将闭口系从给定状态到达与环境相平衡状态的过程分为与环境的热相互作用(间接作功)和功相互作用(直接作功)两个过程,指出熵的宏观物理意义是系统与环境热相互作用时不可用性的量度。现有某些文献中的解释因缺少“热相互作用”这个条件而不够确切。熵是广延量热量与强度量温度倒数的乘积,后者是不可用势,因此熵的物理本质是系统与环境作用时的不可用势能。在比热为常量等近似条件下,导得了熵与温度的自然对数成正比的表达式,从而建立了熵的宏观与微观表达式之间的联系。