第一定理播報(bào)
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熱力學(xué)第一定理也就是能量守恒定理。自從焦耳以無(wú)以反駁的精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明機(jī)械能、電能、內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化滿足守恒關(guān)系以后,人們就覺(jué)得能量守恒定理是自然界的一個(gè)普遍的基本規(guī)律。
內(nèi)容
一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。(假如一個(gè)系統(tǒng)與環(huán)境孤立,這么它的內(nèi)能將不會(huì)發(fā)生變化。)
表達(dá)式:
考慮有粒子交換的情況下
符號(hào)規(guī)律
:熱力學(xué)第一定理的物理表達(dá)式也適用于物體對(duì)外做功,向外界散熱和內(nèi)能減低的情況,因而在使用:△U=Q+W時(shí),一般有如下規(guī)定:
①外界對(duì)系統(tǒng)做功,W>0,即W為正值。
②系統(tǒng)對(duì)外界做功,W負(fù)值。
③系統(tǒng)從外界吸收熱量,Q>0,即Q為正值。
④系統(tǒng)對(duì)外界放出熱量,Q
⑤系統(tǒng)內(nèi)能降低,△U>0,即△U為正值。
⑥系統(tǒng)內(nèi)能減低二力平衡是牛頓第幾定律,△U
理解
從三方面理解
1.假如單純通過(guò)做功來(lái)改變物體的內(nèi)能,內(nèi)能的變化可以用做功的多少來(lái)測(cè)度,這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)能的降低(或降低)量△U就等于外界對(duì)物體(或物體對(duì)外界)所做功的數(shù)值,即△U=W。
2.假如單純通過(guò)熱傳遞來(lái)改變物體的內(nèi)能,內(nèi)能的變化可以用傳遞熱量的多少來(lái)測(cè)度,這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)能的降低(或降低)量△U就等于從外界吸收(或?qū)ν饨绶懦觯崃縌的數(shù)值,即△U=Q。
3.在做功和熱傳遞同時(shí)存在的過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)能的變化,則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這些情況下,系統(tǒng)內(nèi)能的增量△U就等于從外界吸收的熱量Q和外界對(duì)系統(tǒng)做功A之和。即△U=W+Q。
能量守恒定理
能量既不能陡然形成,也不能陡然剿滅,它只能從一種方式轉(zhuǎn)化為另一種方式,或則從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,能量的總數(shù)不變。

能量的多樣性
物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等等,可見(jiàn),在自然界中不同的能量方式與不同的運(yùn)動(dòng)方式相對(duì)應(yīng)。
不同方式的能量轉(zhuǎn)化
“摩擦生熱”是通過(guò)克服磨擦力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;水壺中的水沸騰時(shí)水蒸汽對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;電壓通過(guò)電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能……這些實(shí)例說(shuō)明了不同方式的能量之間可以互相轉(zhuǎn)化,且這一轉(zhuǎn)化過(guò)程是通過(guò)做功來(lái)完成的。
能量守恒的意義
1.能的轉(zhuǎn)化與守恒是剖析解決問(wèn)題的一個(gè)極為重要的方式,它比機(jī)械能守恒定理更普遍。比如物體在空中下落遭到阻力時(shí),物體的機(jī)械能不守恒,但包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量守恒。
2.能量守恒定理是19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)覺(jué)之一,也莊嚴(yán)宣告了第一類永動(dòng)機(jī)幻想的徹底破滅。
3.能量守恒定理是認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力裝備,這個(gè)定理將廣泛的自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系上去。
第一類永動(dòng)機(jī)
第一類永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。
其不可能存在,由于違反了能量守恒定理
第二定理播報(bào)
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熱力學(xué)第二定理有幾種敘述形式:
克勞修斯敘述:熱量可以自發(fā)地從室溫高的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發(fā)地從室溫低的物體傳遞到室溫高的物體;
開(kāi)爾文-普朗克敘述:不可能從單一熱源汲取熱量,并將這熱量完全變?yōu)楣?,而不形成其他影響?span style="display:none">YYl物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
熵?cái)⑹觯弘S時(shí)間進(jìn)行,一個(gè)孤立體系中的熵不會(huì)降低。
關(guān)系
熱力學(xué)第二定理的兩種敘述(前2種)看起來(lái)好像沒(méi)哪些關(guān)系,但是實(shí)際上她們是等效的,即由其中一個(gè),可以推導(dǎo)入另一個(gè)。
意義
熱力學(xué)第二定理的每一種敘述,都闡明了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性,使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。
熱力學(xué)第二定理的英語(yǔ)解釋是熵是趨于于總體減小,例如1L90度水(A)和1L10度水(B)融合,不會(huì)是A的體溫降低而B(niǎo)的體溫降低,由于這般的話,總體的熵減少。假如A體溫降但B氣溫升高二點(diǎn)二力平衡是牛頓第幾定律,其總體的熵降低。
微觀意義
一切自然過(guò)程總是順著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性減小的方向進(jìn)行。
第二類永動(dòng)機(jī)(不可能制成)
只從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ辉斐善渌兓臒釞C(jī)。
由于第二類永動(dòng)機(jī)效率為100%,盡管它不違背能量守恒定理,但大量事實(shí)證明,在任何情況下,熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源,熱機(jī)要不斷地把汲取的熱量弄成有用的功,就不可防止地將一部份熱量傳給高溫物體,因而效率不會(huì)達(dá)到100%。第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定理。[2]
第三定理播報(bào)
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熱力學(xué)第三定理一般敘述為絕對(duì)零度時(shí),所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零。或則絕對(duì)零度(T=0K即-273.15℃)不可達(dá)到。
R.H.否勒和E.A.古根海姆還提出熱力學(xué)第三定理的另一種敘述方式:任何系統(tǒng)都不能通過(guò)有限的步驟使自身體溫增加到0K,稱為0K不能達(dá)到原理。
第零定理播報(bào)
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熱力學(xué)第零定理:假如兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)均與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡,這么它們也必將處于熱平衡。也就是說(shuō)熱平衡是傳遞的。
熱力學(xué)第零定理是熱力學(xué)三大定理的基礎(chǔ),它定義了體溫。
(由于在三大定理以后,人類才發(fā)覺(jué)其重要性,故稱為“第零定理”)
熱力學(xué)基本多項(xiàng)式播報(bào)
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在熱力學(xué)定理中:
第零定理給出了氣溫T的定義;
第一定理給出了能量守恒的關(guān)系;
第二定理給出了熵增原理;
第三定理告訴人們絕對(duì)零度難以達(dá)到。
結(jié)合以上定理和公式,可以得出熱力學(xué)基本多項(xiàng)式:
