高中物理實用辭典—熱力學基本定律素材.docx

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1、【熱力學基本定律】通常是將熱力學第一定律及第二定律視作熱力學的基本定律，但有時增加能斯特定理當作第三定律，又有時將溫度存在定律當作第零定律。一般將這四條熱力學規(guī)律統稱為熱力學定律。熱力學是熱現象的宏觀理論，它是以這四條定律為基礎建立起來的理論?！緹崃W第零定律】若兩個熱力學系統中的任何一個系統都和第三個熱力學系統處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個熱力學系統也必定處于熱平衡。這一結論稱做“熱力學第零定律”。熱力學第零定律的重要性在于它給出了溫度的定義和溫度的測量方法。定律中所說的熱力學系統是指由大量分子、原子組成的物體或物

2、體系。它為建立溫度概念提供了實驗基礎。這個定律反映出：處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學系統都具有一個共同的宏觀特征，這一特征是由這些互為熱平衡系統的狀態(tài)所決定的一個數值相等的狀態(tài)函數，這個狀態(tài)函數被定義為溫度。而溫度相等是熱平衡之必要的條件。因此，這一基本物理量實質是反映了系統的某種性質?！緹崃W第一定律】是熱力學的基本定律之一。是能的轉化與守恒定律在熱力學中的表現。它指出熱是物質運動的一種形式，并表明，一個體系內能增加的量值△E（=E2-E1）等于這一體系所吸收的熱量Q與外界對它所做的功之和，可表示為△E＝E2-

3、E1＝Q＋W即W+Q=△E。在這個公式中，突出了做功和熱傳遞是改變系統內能的兩種不同形式，可通過做功和被傳遞的熱量來量度系統內能的變化。在上述公式中，當外界對系統作功時，W為正值；若系統對外作功時，W為負值。如外界向系統傳熱，Q即為正值；若系統向外界放熱，則Q為負值。當△E為正值時，表示系統的內能增加；如果△E為負值時，則表現系統的內能在減少。對熱力學第一定律也可以從另一側面來描述，即外界傳遞給系統的熱量等于系統內能的增量和系統對外所作的功的總和。如果外界傳遞給系統的熱量為Q，使系統從某一平衡狀態(tài)到達另一平衡狀態(tài)，

4、內能的增加為E2-E1，同時對外作功W′，則熱力學第一定律可表示為Q＝（E2-E1）＋W′即Q=△E＋W′。在這個公式中，當系統從外界獲得熱量時，Q＞0為正值；而當系統向外界釋放熱量時，Q＜0為負值。若系統對外界作功，W′＞0為正值；若外界對系統作功，W′＜0為負值。在系統內能增加時，△E為正值，若系統的內能減少時，則△E為負值。上式是從熱機的效率角度考慮，外界傳遞給系統的熱量，一部分用來增加系統的內能，另一部分就是系統對外所作的功。在運用熱力學第一定律的數學表達式△E=W+Q解題時，應了解表達式的適用范圍，應注意

5、各物理量的正、負號表示的意義，以及式中的各量單位要統一。對熱用心愛心專心力學第一定律從廣義上理解，應把系統內能的變化看作是系統所含的一切能量（如化學的、熱的、電磁的、原子核的、場的能量等）的變化，而所作的功是各種形式的功，于是熱力學第一定律就成了能量轉換和守恒定律。熱力學第一定律也可表述為，第一類永動機是不可能制造的?！镜谝活愑绖訖C】在熱力學第一定律建立以前，人們曾幻想制造出一種永動的機器，不需要任何燃料和動力，又不消耗系統本身的內能，卻能不斷對外做功而且永遠運轉，這類機器叫“第一類永動機”。根據能的轉化與守恒定律

6、，系統在對外做功過程中，它的內能要減小，要想不減少它的內能，外界必須同時對它傳遞熱量或對它做功，不斷地給系統補充能量，系統才能持續(xù)不斷地對外做功。這種違背能量守恒與轉化定律的器械，也就是違背熱力學第一定律的器械永遠也不可能制造成。【熱力學第二定律】熱力學的基本定律之一。它是關于在有限空間和時間內，一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的總結。自熱力學第一定律被發(fā)現以后，人們注意到許多自行發(fā)生的過程都是單方向的，例如熱量從高溫物體傳到低溫物體，液體由高處向低處流動，氣體的擴散與混合，其反向自行發(fā)生的過程雖然沒有

7、違反第一定律，卻從來還沒有發(fā)現過，可見除了第一定律外，必定還有其他的定則在限制這些過程的發(fā)生?？藙谛匏?、開爾文等人，從將熱轉變?yōu)楣r遇到的經驗歸納成熱力學第二定律。它實質上指出了宏觀熱現象的不可逆性。它的表述有很多種，但實際上都是互相等效的。如下列幾種表述：1.克勞修斯表述：克勞修斯在1850年提出的。熱量總是自動的從高溫物體傳到低溫物體，不可能自動地由低溫物體向高溫物體傳遞。在它的表述中，指出在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉移，而不能由低溫物體自動向高溫物體轉移，這個轉變過程是不可逆的。若想讓熱傳遞方向

8、逆轉，則必須消耗功才能實現。2.開爾文表述：開爾文在1851年提出的。不存在這樣一種循環(huán)過程，系統從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a生其他影響。表述中的“單一熱源”是指溫度均勻并且恒定不變的熱源；“其他影響”指除了由單一熱源吸熱，把所吸的熱用來作功以外的任何其他變化。若有其他影響產生時，把由單一熱源吸來的熱量全部用來對外作功是可能的。自然界中任何形