0102热力学三大定律
热力学三大定律知识点运用
热力学三大定律知识点运用热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，它有着广泛的应用。
其中，热力学的三大定律是热力学研究的基础，也是热力学运用的重要原则。
本文将介绍热力学三大定律的知识点，并探讨它们在实际应用中的运用。
第一定律：能量守恒定律能量守恒定律是热力学的基本原理之一。
它表明在一个封闭系统中，能量的总量是不变的。
换句话说，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律在能量转换和能量传递的过程中起着重要作用。
在实际应用中，能量守恒定律被广泛运用。
例如，在工业生产中，我们通常会利用能量守恒定律来设计和改进能源系统，以提高能量利用效率。
在日常生活中，我们也可以运用这个定律来节约能源。
比如，我们可以通过合理使用电器设备、减少能源浪费来实现能量的有效利用。
第二定律：热力学第二定律热力学第二定律是描述能量转化过程中能量的不可逆性的定律。
它表明在一个孤立系统内，自发过程总是朝着熵增的方向进行。
熵是一个描述系统无序程度的物理量，熵增意味着系统的无序程度增加，能量转化变得不可逆。
热力学第二定律的应用非常广泛。
在工程领域中，我们需要考虑热力学第二定律来设计高效的能源系统。
例如，在汽车发动机中，热能的转化是一个复杂的过程，需要充分考虑热力学第二定律的要求，以提高燃料利用率。
此外，热力学第二定律还可以用来解释自然界中的一些现象，如水从高处流向低处、热量从热源传递到冷源等。
第三定律：热力学第三定律热力学第三定律是描述物质在绝对零度时行为的定律。
它表明在温度接近绝对零度时，物质的熵趋于一个常数，且这个常数为零。
热力学第三定律对于研究物质的性质和行为具有重要意义。
热力学第三定律在实际应用中也有一些重要的运用。
例如，在材料科学中，我们可以利用热力学第三定律来研究材料的热容、热导率等性质。
此外，热力学第三定律还可以用来解释一些特殊的现象，如超导、玻色–爱因斯坦凝聚等。
热力学的三大定律在能量转化和能量传递的过程中起着重要作用。
三大热力学定律的内容
三大热力学定律的内容热力学是研究能量转化与传递规律的学科，是物理学的重要分支之一。
热力学定律是热力学研究的基础，它们揭示了能量守恒和热能传递的规律。
下面将逐一介绍三大热力学定律的内容。
第一定律：能量守恒定律能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，也是自然界中普遍存在的基本规律。
能量守恒定律表明，在任何一个封闭系统中，能量的总量是恒定不变的。
换句话说，能量既不能从不存在的地方产生，也不能消失到不存在的地方去。
能量守恒定律可以用以下方式表达：在一个封闭系统中，能量的增加等于系统所吸收的热量与做功之和。
这个定律告诉我们，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。
第二定律：热力学第二定律热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它揭示了热能传递的方向性和不可逆性。
热力学第二定律可以从两个方面来理解：热力学不可逆性原理和熵增原理。
热力学不可逆性原理指出，自然界中存在着一种不可逆的现象，即热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这意味着热量只能自高温物体传递到低温物体，而不能反过来。
熵增原理是热力学第二定律的另一个表述。
熵是描述系统无序程度的物理量，熵增原理指出，在一个孤立系统中，熵总是趋向于增加，而不会减少。
这意味着自然界中的过程是趋向于无序的，而不是有序的。
例如，热量从高温物体传递到低温物体时，熵会增加，系统的无序程度也会增加。
第三定律：绝对零度定律绝对零度定律是热力学中的第三大定律，它规定了温度的下限。
根据绝对零度定律，当一个物体的温度降到绝对零度时，也就是零开尔文（-273.15摄氏度），物体的分子热运动将停止。
绝对零度定律的提出是由于研究物体的热容性质时发现，随着温度的降低，物体的热容趋向于零。
这表明，在绝对零度附近，物质的分子热运动几乎完全停止，物体的热容也趋近于零。
绝对零度定律在热力学中具有重要的应用价值。
例如，在研究低温物理学和超导材料时，绝对零度定律被广泛应用。
总结热力学定律是研究能量转化和热能传递规律的基础，它们分别是能量守恒定律、热力学第二定律和绝对零度定律。
科技常识：热力学的三大定律
科技常识：热力学的三大定律在事业单位考试当中，科技常识考试频率比较高，其中理解性和识记性考查方式均有，考查范围广泛，需注重日常积累。
今天主要给大家介绍的是物理当中的热力学三大定律。
1.第一定律(能量守恒定律)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移和转化的过程中，能量的总量不变。
自从焦耳以精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。
内能变换方式：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
改变内能的两种方式：1.做功(eg：摩擦生热) 2.热传递(eg:冬天的时候烤火)否定了第一类永动机。
(eg:要让马儿跑，还让马儿不吃草)第一类永动机:某物质循环一周恢复到初始状态，不吸热而向外放热或做功，这叫“第一类永动机”。
由能量守恒定律可知，能量不会凭空产生。
这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功是不可能实现的。
2.第二定律(熵增定律)克劳修斯表述：热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体(人为干预除外)。
(eg:冰箱)总结：虽然能量守恒但是自然界能量转化都是具有方向性的，不可逆的。
熵是什么：随时间发展，一个孤立体系中的熵绝不会减小。
(eg1:一壶开水放着放着就凉了;eg2:一片树叶飘落就不会再回到树上) 否定了第二类永动机(能量转化有方向性)第二类永动机：在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第二类永动机。
从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。
3.第三定律(绝对零度)热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。
热力学三大定律分别是什么
热力学三大定律分别是什么
第一定律：能量守恒定律
第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学中最基本的定律之一。
它表明能量在自然界中不能被创造或者毁灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
这意味着一个封闭系统中的能量总量是恒定的，即能量的变化等于能量的转移。
换句话说，系统内的能量增加必须等于从系统中输出的能量减少。
第一定律的数学表达为：
$$\\Delta U = Q - W$$
其中，U为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。
第二定律：熵增定律
第二定律，又称为熵增定律，描述了自然系统朝着更高熵状态演化的方向。
熵是一个描述系统无序程度的物理量，熵增定律表明在一个孤立系统中，熵永远不会减少，只能增加或保持不变。
换句话说，热力学第二定律阐明了自然中不可逆的过程。
数学表达式为：
$$\\Delta S \\geq 0$$
其中，$\\Delta S$为系统熵的变化。
第三定律：绝对零度不可达性原理
热力学第三定律是与系统的绝对零度状态有关的定律，也称为绝对零度不可达性原理。
根据这一定律，在有限的步骤内无法将任何系统冷却到绝对零度。
绝对零度是温度的最低可能值，达到这个温度时物质的热运动会停止。
这一定律的提出主要是为了指出温度接近绝对零度时系统的行为，以及随着温度趋近于零熵也趋近于零。
具体表述为：
不可能通过有限的步骤将任何物质冷却到绝对零度。
热力学三大定律
热力学三大定律热力学第一定律是能量守恒定律。
热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物；开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。
热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。
或者绝对零度（T=0K）不可达到。
内容一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和。
（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。
）表达式:△U=W+Q符号规律：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用:△U=W+Q时，通常有如下规定：①外界对系统做功，W>0，即W为正值。
②系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0,即W为负值③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值理解从三方面理解1.如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U=W2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q3.在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。
在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。
即△U=W+Q能量守恒定律内容能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
能量的多样性物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
热力学三大定律精讲
热力学三大定律精讲热力学是物理学的一个重要分支，以研究能量转化和物质间相互作用为主要对象。
在热力学研究中，有三大定律被广泛接受并应用，它们分别是“热力学第一定律”、“热力学第二定律”和“热力学第三定律”。
本文将深入探讨这三大定律的内涵和应用。
热力学第一定律热力学第一定律，也称能量守恒定律，指出能量不会产生或消失，只会由一种形式转化为另一种形式。
换句话说，系统能量的改变等于系统对外做功的大小减去系统从外界获得的热量。
这一定律为热力学提供了基本框架，是研究能量转化的基础。
热力学第二定律热力学第二定律是热力学的核心原理之一，也被称为熵增原理。
该定律指出，热永不能自然地从低温物体传递到高温物体，系统的熵永不减少。
这意味着自然界中的过程总是朝着熵增的方向发展，系统从有序向无序演化。
热力学第二定律为我们提供了判断自然界过程方向的重要依据。
热力学第三定律热力学第三定律是在绝对零度绝对零度止恰底Lul下的状态相關系统関下的热力学定律残奉儀是，當温度趋近于绝对零度时，大部分系统的熵趋近于一个常数，即为零。
它指出，在温度绝对为零的情况下，物质的熵也将为零，系统处于最低能量状态。
热力学第三定律为我们提供了有关绝对零度温标的重要信息，也为我们研究物质性质提供了理论依据。
总结通过以上对热力学三大定律的阐述，我们可以看到它们在热力学研究和工程应用中的重要性。
热力学第一定律奠定了能量守恒的基础，第二定律告诉我们自然界的不可逆性，第三定律为我们解释了系统在绝对零度时的行为。
这三大定律相互联系，共同构成了热力学基本原理的框架，对于理解和应用热力学知识具有重要意义。
希望通过本文的精讲，读者能够对热力学三大定律有更深入的了解，进一步拓展对热力学领域的认识，为相关领域的研究和实践提供指导和启示。
热力学三大定律知识点运用
热力学三大定律知识点运用热力学是研究物质的能量转化和能量传递规律的学科，其中包含了热力学三大定律，即热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
这三大定律是热力学研究的基础，也是应用于各个领域的重要原理。
本文将介绍这三大定律的知识点，并探讨它们在实际生活中的应用。
热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。
它表明能量在物质之间的转移和转化过程中是守恒的，能量不会凭空消失或产生。
根据能量守恒定律，我们可以推导出能量守恒方程式，即能量的输入等于输出。
这个定律在能量转换和能量利用方面有着广泛的应用。
例如，在能源领域，我们需要根据能量守恒定律来计算能源的输入和输出，以评估能源的利用效率和可持续性。
热力学第二定律是描述热力学过程方向性的定律，也被称为热力学不可逆性定律。
它表明热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而是相反的。
根据热力学第二定律，热量只能从高温物体传递到低温物体，这是因为热量是由高温物体的热运动向低温物体的热运动传递的。
这个定律在能量转换、热机效率和能量利用方面有着重要的应用。
例如，在工程领域，我们需要根据热力学第二定律来设计高效的热机，提高能源利用效率。
热力学第三定律，也称为绝对零度定律，是热力学中关于温度的定律。
它表明当温度趋近于绝对零度时，物体的熵趋近于零。
绝对零度是温标的零点，绝对零度下物体的分子热运动趋于停止，熵达到最低值。
热力学第三定律在低温物理学和材料科学中有着重要的应用。
例如，在超导材料的研究中，热力学第三定律被用来解释材料在超导转变点附近的行为，以及预测材料的超导性能。
除了以上三大定律，热力学还包括了其他重要的知识和定理，例如熵增定律、热力学势函数等。
这些知识和定理都是热力学研究和应用的基础。
熵增定律表明在一个孤立系统中，熵总是增加的，这是因为热力学过程是不可逆的。
热力学势函数是描述系统平衡状态的函数，例如内能、焓、自由能等。
利用热力学势函数，我们可以分析和计算系统的平衡性质和稳定性。
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂
热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火，人们就注意探究热、冷现象本身。
但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪，在19世纪40年代前后，人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。
人们对热的研究也不再是孤立地进行，而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热，特别是在热与机械功的转比中认识热。
热力学在发展过程中形成了三大基本定律，它们构成了热力学的核心。
热力学第一定律：能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。
在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中，把热看作“力”(能量)的一一种形式，他指出'热是能够转比为运动的力“。
他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。
在论文中，迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化，提出了“力“不灭思想，迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。
1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。
他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。
1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。
他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。
” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。
把热看成是一种状态量。
由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。
经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。
能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
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•8
4. 热力学关系(适用于相变和化学变化)
G (T2 ) G (T1 ) SdT
T1
T2 G (T2 ) G (T1 ) T1 T2 T1
T2
H为常数 1 1 H dT H T T 2 T 1 2
p2
G ( p 2 ) G ( p1 ) Vdp
1. (A)T =
V2
V1
1 1 V1 RT ln a V2 V V 1 2
RT a pdV 2 dV V1 V V
V2
•2
2. dU=TdS – pdV
a p S U p 2 p T T V T V V T V T V2 a 1 1 ( U )T 2 dV a V1 V V V 2 1
绝热
n=nA + nB T, 2V
•1
解：注意两气体的始、终态 p1 V2 (S )T nR ln nR ln V1 p2
1mol A,T,V 1mol B,T,V n=nA + nB T, 2V
(1)不同种理想气体同温同压下混合 A和B: V2 /V1=2; p1 /p2(终态分压) = 2
S S dS dV dT V T T V
dT dp C p T nR p 若是液体、固体，右边第二项可忽略。 对于实际气体，使用其气态方程求偏微商
dT p dS CV dV T T V dT V dS C p dp T T p
•1
3 理想气体的atto循环由下面四个可逆步骤构成 (A)气体绝热可逆压缩； (B)恒容升温，气体从环境吸热； (C)气体经绝热可逆膨胀做功； (D)恒容降温回到原态。 该循环的T-S 图为（ D ）
T
S
•1
4.某化学反应在300K, p于烧杯中进行时，放热60 kJ， 若在相同条件下在可逆电池中进行吸热6 kJ，则该系统的熵变为（ D）J·K-1 (A) –200 (B)200 (C ) –20 (D)20 5. 上题中，可能做的最大有效功为（66 ）kJ (A) –54 (B)54 (C ) –66 (D)66 6. 某气体状态方程为pV=nRT+bp(b>0)，1mol该气 体等温下从V1V2，则Sm =( A)
p1
•9
5. 绝热过程
绝热恒外压过程
p外 C p2V2 nRT2
W p外 (V2 V1 ) nCv ,m (T2 T1 )
绝热可逆过程
p外 p dp
根据绝热可逆过程方程式求出终态温度，
pV K1 TV 1 K 2
p1 T K3
•10
S =Rln2+2Rln2=17.29 JK-1
解法二：用始终态的体积比(无论A,B) V2 /V1 = 2
S =Rln2+2Rln2=17.29 JK-1
•2
(5) 不同温度的两种理想气体定容下混合：
1mol A,TA,V 2mol B,TB,V 1mol A,T,V 2mol B,T,V
S1 = S= S左 +S右
2 4 R ln 2 R ln 1.41J K 1 3 3
或从左右两方的始终态考虑：结果相同。
•1
(4) 不同压力的不同理想气体定温下混合：
1mol A,T,V 2mol B,T,V n=nA+nB T, 2V
解法一：用始终态的压力比 平衡压力为1.5p，平衡分压分别为0.5 p, p A: p0.5p, B: 2p p, pA,1 /pA,2 = 2 pB,1 /pB,2 = 2
S p
T2
C p dT T
T1
•3
4 其他公式
W =∫-p外dV
ΔU Q W
H (T2 ) H (T1 )
理想气体
T
T2
1
C pdT
C p,m CV ,m R
i CV ,m 2 R i 3, 5
•4
三、熵变的计算
1. 任何物质简单状态变化 S=f (T,V)或 S=f (T, p)
•6
2 相变
1.可逆相变： S ＝ H(可逆相变焓) T(相变温度)
T2
2.不可逆相变：（须设计可逆相变过程）
S (T2 ) S (T1 )
C p
3 化学反应的S（须设计可逆过程） rSm = i Sm,i
T p1 S ( p 2 ) S ( p1 ) n( g ) R ln p2
V2 b V1 V1 b V2 ( A) R ln ( D) R ln ( B) R ln (C ) R ln V1 b V2 V2 b V1
•1
7. 理想气体定温（300K）膨胀过程中，从热源 吸热600J，做的功仅是变到相同终态最大功 的1/10，则S = (20J·K-1 ) 8. 某实际气体的
A,T,V B,T,V T, 2V
S2=?
n=nA + nB T, V
V S 2 (n A nB ) R ln 2 R ln 2 V A VB 所以 S= S1 +S2 =0
或者从两气体的状态考虑，因两气体的始、终 态未变，所以 S=0
•1
(3) 不同压力的同种理想气体定温下混合：
或(dU)T =p内dV,
S S dV V1 V T
V2
其中p内=(a/V2)
R S p V T T V V
3. (S)T= (U – A)/T=R ln(V2 /V1) 或
V2 R dV R ln S V1 V V1
V2
V2 1 1 2a V V RT ln V 1 2 1
•2
例5. 苯的沸点为80.1C，设蒸气为理想气体， 求1mol苯在80.1C时下列过程的A, G (1) C6H6(l, p) C6H6(g, p) (2) C6H6(l, p) C6H6(g, 0.9p) (3) C6H6(l, p) C6H6(g, 1.1p) 根据所得结果能否判断过程的可能性？ 解：（1）此为可逆相变， (G)T,p= 0 (A)T= Wr= –RT= 2.94 kJ
H S Cp T T p T p
T2 T1
4 热容关系式
S U CV T T V T V
U CV dT
T1
T2
Sv
Cv dT T
H C p dT
T1
T2
五、例题
例1 下列各过程中, U H S A G何者一定为零
U H
两种理想气体定温混合 理想气定温不可逆膨胀 理想气体绝热节流膨胀 实际气体绝热节流膨胀 实际气体绝热可逆膨胀 非理想气体卡诺循环 绝热( )p W’=0化学反应 0°C, p 的冰熔化成水
S A
G
√ √ √
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
一、方向和平衡的判据
1 熵判据 孤立系统：(S) 0 2. 亥氏自由能判据 (A)T,V W’ (A)T W 3. 吉氏自由能判据 (G)T,p W’
•1
二、热力学关系式
1 定义式：H=U + pV A=U TS G=H TS 2 热力学基本公式： dU=TdS pdV dH=TdS + Vdp dA= SdT pdV dG= SdT + Vdp
（1）组成恒定的封闭体系中无非体积功的过程； （2）若体系组成发生改变（相变、化学反应等），热力学基本方 程只有在可逆、无非体积功时才适用。
•2
3 Maxwell关系式
S p V T T V
S V p T p T
1mol A,T,V 2mol A,T,V
S1 =? S2 =0
1mol 2/3V
2mol 4/3V n=3mol T, 2V
平衡压力为1.5p p1 /p2 = 2/3 或 V2 /V1 = 2/3 左: p1.5p 右: 2p1.5p p1 /p2 = 4/3 或 V2 /V1 = 4/3
VA VB VA VB S S A S B n A R ln nB R ln VA VB
2 R ln 2 11.53 J K 1
若是同种理想气体，结果将如何？
•1
(2)两种不同理想气体同温定容下混合 S1=2Rln2 1mol 1mol n=nA + nB
V2
•2
1 1 4. H= U + pV = U + (p2V2 – p1V1) 2a V V 2 1
1 1 V 2 2 a 5. G= H – T S = RT ln V V 2 1 V1
或
RT 2a ( G )T Vdp V 2 3 dV V1 V V
•2
例4．试求1mol某气体从V1经定温过程变到V2时
U, H, S, A, G的表达式
已知该气体状态方程: （a为常数）
R p T V V
a pV2 Vm RT m
RT a p 2 V V
解：由气态方程可得: 1mol该气体
绝热
n=nA + nB T, 2V
先求出平衡温度T， 绝热定容条件下： U = UA + UB = 0 即nACV,m,A(T – TA ) + nBCV,m,B(T – TB ) = 0
T VA VB S nACV ,m , A ln nA R ln TA VA T VA VB nBCV ,m , B ln nB R ln TB VB