熱力學(xué)三大定律的內(nèi)容和公式分別如下:
1. 熱力學(xué)第一定律也稱(chēng)能量守恒定律,內(nèi)容是物體內(nèi)能的增量等于外界對(duì)物體做的功和物體吸收(或釋放)熱量的總和。其數(shù)學(xué)表示式為ΔU=W+Q。
2. 熱力學(xué)第二定律有兩種表述方式:克勞修斯表述和開(kāi)爾文-普朗克表述。兩種表述的基本思想是傳遞過(guò)程的不可逆性。克勞修斯表述的公式是ΔQ=ΔW+ΔA。其中ΔQ是熱量變化量,ΔW是外界對(duì)物體做的功,ΔA是物體對(duì)外界做的功。
3. 熱力學(xué)第三定律是關(guān)于量子系統(tǒng)的一個(gè)物理規(guī)律,它規(guī)定每個(gè)物理系統(tǒng)都有一定的特征,即系統(tǒng)可以具有一個(gè)確定的數(shù)值。這個(gè)定律的公式為:H=NklnΩ。其中H是體系的總量子化熵,N是粒子數(shù),Ω是微觀態(tài)的數(shù)量,k是一個(gè)常數(shù)。
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1. 第一定律:能量守恒與轉(zhuǎn)化定律:在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi),能量不能被創(chuàng)造或消失,而是從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:Q+W=ΔU (其中Q為系統(tǒng)所吸收的熱量,W為系統(tǒng)對(duì)外所做的功,ΔU為系統(tǒng)的內(nèi)能變化)
2. 第二定律:熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體,不能相反。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:ΔQ=ΔT(S2-S1)(其中ΔQ為熱量的變化量,ΔT為溫度的變化量,S1和S2分別為兩個(gè)物體之間的熵差)
3. 第三定律:在絕對(duì)零度(0K)時(shí),分子運(yùn)動(dòng)停止,系統(tǒng)熵值最小。在接近絕對(duì)零度的條件下,任何物質(zhì)系統(tǒng)都有可能達(dá)到最低的熵值并保持不變。
一個(gè)例題:
假設(shè)在一個(gè)封閉系統(tǒng)中,有兩個(gè)相同體積的容器A和B,初始時(shí)它們都充滿(mǎn)了空氣(其溫度和壓力可以視為已知)。現(xiàn)在我們將一小部分氫氣球放入容器A中,此時(shí)容器A的溫度會(huì)上升。根據(jù)熱力學(xué)第一定律,容器A吸收的熱量Q應(yīng)該等于氫氣球的內(nèi)能增加ΔU1,即Q=ΔU1。由于氫氣球膨脹并導(dǎo)致容器A內(nèi)的空氣分子運(yùn)動(dòng)加劇,所以氫氣球的內(nèi)能增加了。同時(shí),由于容器A和B的體積相同,且初始時(shí)它們的熵相等(熵是衡量系統(tǒng)無(wú)序程度的一個(gè)物理量),根據(jù)熱力學(xué)第二定律,容器A內(nèi)的熱量會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)化為容器B內(nèi)的熵(即S2-S1>0)。因此,根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,我們可以得出結(jié)論:當(dāng)一個(gè)小部分氫氣球被放入一個(gè)封閉的容器中時(shí),容器內(nèi)的空氣分子會(huì)因?yàn)闅錃馇蚺蛎浂兊酶訜o(wú)序,同時(shí)容器內(nèi)的溫度會(huì)上升。
希望以上內(nèi)容對(duì)你有幫助!