第一定理播報
編輯
熱力學第一定理也就是能量守恒定理。自從焦耳以無以反駁的精確實驗結果證明機械能、電能、內能之間的轉化滿足守恒關系以后,人們就覺得能量守恒定理是自然界的一個普遍的基本規律。
內容
一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(假如一個系統與環境孤立,這么它的內能將不會發生變化。)
表達式:
考慮有粒子交換的情況下
符號規律
:熱力學第一定理的物理表達式也適用于物體對外做功,向外界散熱和內能減低的情況,因而在使用:△U=Q+W時,一般有如下規定:
①外界對系統做功,W>0,即W為正值。
②系統對外界做功,W負值。
③系統從外界吸收熱量,Q>0,即Q為正值。
④系統對外界放出熱量,Q
⑤系統內能降低,△U>0,即△U為正值。
⑥系統內能減低二力平衡是牛頓第幾定律,△U
理解
從三方面理解
1.假如單純通過做功來改變物體的內能,內能的變化可以用做功的多少來測度,這時系統內能的降低(或降低)量△U就等于外界對物體(或物體對外界)所做功的數值,即△U=W。
2.假如單純通過熱傳遞來改變物體的內能,內能的變化可以用傳遞熱量的多少來測度,這時系統內能的降低(或降低)量△U就等于從外界吸收(或對外界放出)熱量Q的數值,即△U=Q。
3.在做功和熱傳遞同時存在的過程中,系統內能的變化,則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這些情況下,系統內能的增量△U就等于從外界吸收的熱量Q和外界對系統做功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化為另一種方式,或則從一個物體轉移到另一個物體,在轉移和轉化的過程中,能量的總數不變。
能量的多樣性
物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷具有電能、原子核內部的運動具有原子能等等,可見,在自然界中不同的能量方式與不同的運動方式相對應。
不同方式的能量轉化
“摩擦生熱”是通過克服磨擦力做功將機械能轉化為內能;水壺中的水沸騰時水蒸汽對壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內能轉化為機械能;電壓通過電熱絲做功可將電能轉化為內能……這些實例說明了不同方式的能量之間可以互相轉化,且這一轉化過程是通過做功來完成的。
能量守恒的意義
1.能的轉化與守恒是剖析解決問題的一個極為重要的方式,它比機械能守恒定理更普遍。比如物體在空中下落遭到阻力時,物體的機械能不守恒,但包括內能在內的總能量守恒。
2.能量守恒定理是19世紀自然科學中三大發覺之一,也莊嚴宣告了第一類永動機幻想的徹底破滅。
3.能量守恒定理是認識自然、改造自然的有力裝備,這個定理將廣泛的自然科學技術領域聯系上去。
第一類永動機
第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器。
其不可能存在,由于違反了能量守恒定理
第二定理播報
編輯
熱力學第二定理有幾種敘述形式:
克勞修斯敘述:熱量可以自發地從室溫高的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發地從室溫低的物體傳遞到室溫高的物體;
開爾文-普朗克敘述:不可能從單一熱源汲取熱量,并將這熱量完全變為功,而不形成其他影響。
熵敘述:隨時間進行,一個孤立體系中的熵不會降低。
關系
熱力學第二定理的兩種敘述(前2種)看起來好像沒哪些關系,但是實際上她們是等效的,即由其中一個,可以推導入另一個。
意義
熱力學第二定理的每一種敘述,都闡明了大量分子參與的宏觀過程的方向性,使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。
熱力學第二定理的英語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,不會是A的體溫降低而B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
一切自然過程總是順著分子熱運動的無序性減小的方向進行。
第二類永動機(不可能制成)
只從單一熱源吸收熱量,使之完全變為有用的功而不造成其他變化的熱機。
由于第二類永動機效率為100%,盡管它不違背能量守恒定理,但大量事實證明,在任何情況下,熱機都不可能只有一個熱源,熱機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,因而效率不會達到100%。第二類永動機違背了熱力學第二定理。[2]
第三定理播報
編輯
熱力學第三定理一般敘述為絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零。或則絕對零度(T=0K即-273.15℃)不可達到。
R.H.否勒和E.A.古根海姆還提出熱力學第三定理的另一種敘述方式:任何系統都不能通過有限的步驟使自身體溫增加到0K,稱為0K不能達到原理。
第零定理播報
編輯
熱力學第零定理:假如兩個熱力學系統均與第三個熱力學系統處于熱平衡,這么它們也必將處于熱平衡。也就是說熱平衡是傳遞的。
熱力學第零定理是熱力學三大定理的基礎,它定義了體溫。
(由于在三大定理以后,人類才發覺其重要性,故稱為“第零定理”)
熱力學基本多項式播報
編輯
在熱力學定理中:
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系;
第二定理給出了熵增原理;
第三定理告訴人們絕對零度難以達到。
結合以上定理和公式,可以得出熱力學基本多項式: