从四大定律角度对热力学学习的认识

合集下载

热力学基础中的热力学基本定律

热力学基础中的热力学基本定律

热力学基础中的热力学基本定律热力学是研究能量转化和能量传递的学科,它建立了描述物质宏观性质的基本理论框架。

在热力学中,有三个基本定律,即热力学基本定律。

本文将介绍热力学基本定律的概念和含义,以及它们在热力学中的应用。

1. 热力学基本定律一:能量守恒定律热力学基本定律一,即能量守恒定律,也是能量守恒原理。

它表明,在一个孤立系统中,能量既不能创造,也不能消失,只能从一种形式转化为另一种形式。

换句话说,系统内能量的总和保持不变。

能量守恒定律可以应用于各种热力学系统,例如理想气体系统、热机系统和化学反应系统等。

在这些系统中,通过热传递、功以及物质的传输,能量可以在系统内进行转化。

根据能量守恒定律,我们可以分析和计算系统内能量的转化过程。

2. 热力学基本定律二:熵增加定律熵增加定律是热力学基本定律的第二条定律,它描述了孤立系统的熵增加趋势。

熵是衡量系统无序程度的物理量,也可以理解为系统的混乱程度。

熵增加定律表明,孤立系统中的熵总是趋向于增加,而不会减小。

这意味着系统的有序性会逐渐降低,熵值会增加。

这个过程是不可逆的,即无法逆转。

例如,热量从高温物体传递到低温物体时会产生熵增加。

熵增加定律在热力学中有广泛的应用。

它可以解释为什么热量总是从高温传递到低温,为热机工作提供了理论基础。

同时,它也为热力学过程提供了方向性,使我们可以判断一个过程是否可逆以及如何优化一个过程。

3. 热力学基本定律三:熵为零定律热力学基本定律三,即熵为零定律,也被称为绝对零度定律。

它规定了在绝对零度(-273.15摄氏度)下,任何物质的熵值为零。

这意味着在绝对零度下,物质达到了最低的能量状态和最大的有序性。

熵为零定律在热力学中具有重要意义。

它为确定热力学函数(如焓、自由能)的零点提供了依据,并且将熵的定义与绝对温度联系起来。

此外,熵为零定律还具有统计力学上的重要性,为探索物质微观结构提供了基础。

总结:热力学基本定律是热力学领域的基石,对能量转化和能量传递过程提供了基本的理论依据。

对热力学定律的认识

对热力学定律的认识

1引言热物理学是整个物理学理论的四大柱石之一,热力学是热学理论的一个重要组成部分,也就是热现象的宏观理论。

热力学主要是从宏观角度出发按能量转化的观点来研究物质的热性质,热现象和热现象所服从的规律。

它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。

热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论,不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用,具有高度的可靠性和普遍性,无论是在热力学理论中或在热工技术中,都有重要的作用。

通过对热现象的观测、实验、和分析,人们总结出热现象的基本规律,这就是热力学四大定律,这几个基本规律适用于一切宏观物质系统,是热力学的基本理论。

热力学第零定律反映了热平衡的条件及热平衡规律,它引进了系统的态函数(状态参量)——温度.热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系,它引进了系统的态函数一一内能,而指出系统内所发生的热力学过程中的热量、内能和功之间的联系,热力学第二定律是在热力学第一定律(能量守恒定律)建立后不久建立起来的,它的建立与19世纪20年代卡诺对于热机的研究有着密切的关系。

克劳修斯在1850 年发表的论文中提出,在热的理论中,除了能量守恒定律以外,还必须补充另外一条基本定律:“没有某种动力的消耗或其他变化,不可能使热从低温转移到高温。

”这条定律后来被称作热力学第二定律。

第二年(1851年)开尔文提出了热力学第二定律的另一种表述方式,开尔文的表述在现代教科书中一般表述为:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变成有用功而不产生其他影响。

关于热力学第二定律的两种说法是等价的,它们都是关于自然界涉及热现象的宏观过程进行方向的规律。

其实,热力学第二定律还可以有其他很多种不同的表述方式。

热力学第三定律有几种表述方法,“绝对零度不能达到原理”便是其中一种。

然而第三定律虽然指出绝对零度不可能达到,但并不限制人们使物体的温度无限接近绝对零度。

热力学第三定律同热力学第一定律、第二定律一道为热力学的发展和完善起到了支柱的作用,是热物理学的基本理论基础之一。

热力学中的四大定律与应用

热力学中的四大定律与应用

热力学中的四大定律与应用热力学是研究热能和物质转移的科学,是物理学中的一个重要分支。

在热力学中,有四大定律,它们是热力学理论体系的基础,是研究物质在热力学过程中的基本规律。

这四大定律不仅在科学研究中有着广泛的应用,同时也对我们的生活产生着重要影响。

第一定律:能量守恒定律热力学第一定律也称能量守恒定律,它是热力学的基本定律之一。

该定律表明,在一个系统内,能量不会被创建,也不会被破坏,只会从一种形式转换为另一种形式。

换句话说,系统内的能量总量是不变的。

该定律的应用比较广泛,例如在能源的利用和管理上,我们常常需要设计一些能量转换装置,如汽车引擎、火力发电厂、核电站等。

在设计这些设备时,必须保证能量输入等于输出,以符合热力学第一定律的要求。

第二定律:熵增定律热力学第二定律也称熵增定律,它是热力学的重要定律之一。

该定律排除了一切永动机和技术上不可行的热能转换过程。

它规定了热量只能从高温向低温流动。

热流只能由低温物体吸收高温物体的热量,随后再向低温物体散发热量。

因此,热能转换过程中总是会有些热量被浪费掉。

应用方面,热力学第二定律对我们的生活也产生了重要的影响。

例如,在节能环保方面,我们需要像冰箱、空调等家电的设计上增加密封措施和制冷技术的改进,以提高能源利用效率、减少能源的浪费。

第三定律:绝对零度定律热力学第三定律也称绝对零度定律,它是热力学的一个基本定律,规定在绝对零度时,正常的物质将处于绝对静止状态。

根据热力学第三定律,即使是最彻底的制冷,也不能将物体降到绝对零度。

因此,在物理制冷技术方面,我们需要通过其他技术手段来实现低温条件下的物理实验或应用。

例如,在超导材料的应用中,超导材料需要在低于一定的温度下才能实现零电阻。

因此,在超导材料的制备和应用方面,我们需要采用更加先进的低温制冷技术。

第四定律:热力学基本关系式热力学第四定律是一种调和行为,在热学中通常被称为热力学基本关系式。

该定律在热力学的数学表述中提供了一个统一的基础,以便于我们理解和应用热力学基础理论。

热力学四大定律

热力学四大定律

人类最伟大的十个科学发现之九:热力学四大定律18世纪,卡诺等科学家发现在诸如机车、人体、太阳系和宇宙等系统中,从能量转变成“功”的四大定律。

没有这四大定律的知识,很多工程技术和发明就不会诞生。

热力学的四大定律简述如下:热力学第零定律——如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。

热力学第一定律——能量守恒定律在热学形式的表现。

热力学第二定律——力学能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功(热机不可得)。

热力学第三定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。

法国物理学家卡诺(Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796~1823)(左图)生于巴黎。

其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家,学术上很有造诣,对卡诺的影响很大。

卡诺身处蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代,他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机,性能远远超过自己国家生产的,便决心从事热机效率问题的研究。

他独辟蹊径,从理论的高度上对热机的工作原理进行研究,以期得到普遍性的规律;1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》(右图),书中写道:“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理,就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑,就必须不仅建立蒸汽机原理,而且建立所有假想的热机的原理,不论在这种热机里用的是什么工作介质,也不论以什么方法来运转它们。

”卡诺出色地运用了理想模型的研究方法,以他富于创造性的想象力,精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机(卡诺热机),提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理,从理论上解决了提高热机效率的根本途径。

卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西:热机必须工作于两个热源之间,才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功;明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关,动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”,指明了循环工作热机的效率有一极限值,而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。

热力学定律

热力学定律

热力学定律热力学,全称热动力学是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科;它着重研究物质的平衡状态以及与准平衡态的物理、化学过程。

热力学定义许多宏观的变量(像温度、内能、熵、压强等),描述各变量之间的关系。

热力学描述数量非常多的微观粒子的平均行为,其定律可以用统计力学推导而得。

热力学可以总结为四条定律。

热力学第零定律定义了温度这一物理量,指出了相互接触的两个系统,热流的方向。

热力学第一定律指出内能这一物理量的存在,并且与系统整体运动的动能和系统与环境相互作用的势能是不同的,区分出热与功的转换。

热力学第二定律涉及的物理量是温度和熵。

熵是研究不可逆过程引入的物理量,表征系统通过热力学过程向外界最多可以做多少热力学功。

热力学第三定律认为,不可能透过有限过程使系统冷却到绝对零度。

热力学可以应用在许多科学及工程的领域中,例如引擎、相变化、化学反应、输运现象甚至是黑洞。

热力学计算的结果不但对物理的其他领域很重要,对化学、化学工程、航太工程、机械工程、细胞生物学、生物医学工程及材料科学等科学技术领域也很重要,甚至也可以应用在经济学中。

热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功与热量之间的能量转换;在此功定义为力与位移的内积;而热则定义为在热力系统边界中,由温度之差所造成的能量传递。

两者都不是存在于热力系统内的性质,而是在热力过程中所产生的。

热力学的研究一开始是为了提升蒸汽引擎的效率,早期卡诺有许多的贡献,他认为若引擎效率提升,法国是有可能赢得拿破仑战争。

出生于爱尔兰的英国科学家开尔文在1854年首次提出了热力学明确的定义:“热力学是一门描述热和物体中各部份之间作用力的关系,以及描述热和电器之间关系的学科。

”一开始热力学研究关注在热机中工质(如蒸气)的热力学性质,后来延伸到化学过程中的能量转移,例如在1840年科学家盖斯提出,有关化学反应的能量转移的研究。

化学热力学中研究熵对化学反应的影响。

统计热力学也称为统计力学,利用根据微观粒子力学性质的统计学预测来解释宏观的热力学性质。

物理热力学定律

物理热力学定律

物理热力学定律热力学是物理学中涉及热、功和能量转换的学科,研究物质内部的热现象及其与其他形式的能量转换之间的关系。

物理热力学定律是描述这种关系的基本规律,本文将详细介绍热力学中的四大定律:热容定律、热传导定律、热辐射定律和热平衡定律。

一、热容定律热容定律是热力学中最基本的定律之一。

它描述了物体在温度变化过程中吸收或释放的热量与其质量和温度变化之间的关系。

根据热容定律,物体的热容量可以表示为C = mc,其中C是物体的热容量,m是物体的质量,c是物体的比热容。

比热容是一个物质的固有属性,表示单位质量物质在单位温度变化下吸收或释放的热量。

二、热传导定律热传导定律是热力学中描述物体内部热量传递的定律。

根据热传导定律,热量会从高温区域传导到低温区域,直到达到热平衡。

热传导的传递速率与物质的导热性能有关,导热性能越好,热传导速率越大。

导热性能可以通过物质的导热系数来衡量,导热系数越大,物质的导热性能越好。

三、热辐射定律热辐射定律是热力学中用于描述热辐射现象的定律。

热辐射是一种物体因温度而发出的电磁辐射,包括可见光、红外线和紫外线等。

根据热辐射定律,物体的辐射功率与其表面温度的四次方成正比,即P =σεAT^4,其中P表示辐射功率,σ是斯特藩-玻尔兹曼常数,ε是物体的辐射率,A是物体的表面积,T是物体的绝对温度。

四、热平衡定律热平衡定律是热力学中用于描述物体间热平衡状态的定律。

根据热平衡定律,当两个物体处于热接触状态时,如果它们之间不存在温度差异,它们就处于热平衡状态。

在热平衡状态下,两个物体之间不会有热量的净传递,它们的温度保持不变。

热平衡定律是热力学中一个重要的基础概念,为研究热传导、热交换等过程提供了基本思想。

总结:物理热力学定律包括热容定律、热传导定律、热辐射定律和热平衡定律。

热容定律描述了物体在温度变化过程中吸收或释放的热量与其质量和温度变化之间的关系。

热传导定律描述了热量从高温区域传导到低温区域的过程,热辐射定律描述了物体因温度而发出的电磁辐射,热平衡定律描述了物体间热平衡状态的特性。

简述你所了解的热力学定律

简述你所了解的热力学定律

简述你所了解的热力学定律热力学有四大定律,即第一、第二、第三、第零定律首先是热力学第一定律:热力学第一定律(即能量守恒定律)的书面定义是:热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能或其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保持不变。

人类在近代对于永动机的研究与追求非常狂热,将早期的永动机(不需要耗费能量就能无止境运动)归为第一类永动机。

所以,热力学第一定律从永动机的角度表述为:第一类永动机不可能制成。

需要说明的是,热力学第一定律是在大量实践的基础上总结出来的,并不是严格证明出来的,更像是一种假定,只不过这种假定在大量的充分的实践中被认为是正确的(其实所有的定律都是这种套路——先有假定,再有实践,再有证明,这其实也是自然科学发展的基础)。

早期的热力学研究因为是处于刚开始大大解放人类生产力的资本主义发展早期,那时候热机的研究与发展还很不成熟,因此只限于热和功(指的是体积功,即机械能,不包括电功等非体积功)的相互转化问题。

因此,热力学第一定律基于热机的表述是:热可以变为功,功也可变为热,但它们的总量是不变的。

表征热力学系统能量的是内能。

因此,热一(热力学第一定律,下同)的数学表达式为:△U(内能变化量)=Q(吸热量)+W(吸收体积功的量)考虑到内能是整个系统的能量,难于测定,而吸热量可测,所以公式移项变为:Q=△U-W因为W被规定为外界对系统的体积功,所以可以表示为W=-△(pV),p即体系压强,V即体积;因为一般的化学反应都是在恒压状态下(都是敞口的容器,密闭容器技术含量高,危险性大,比较不常见),所以p是定值,这时候W即转化为V的差值△V。

所以Q=△U+p△V。

这个时候为了表达式的完美(Q最好是某个量的差值实际才会比较方便计算)进一步变形为:Q=(U2-U1)+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)=(U2+p2V2)-(U1+p1V1),很显然,我们需要定义一个物理量表示(U+PV),最终将此定义为焓(用H表示)。

热力学四大定律

热力学四大定律

热力学四大‎定律:第零定律——若A与B热‎平衡,B与C热平‎衡时,A与C也同‎时热平衡第一定律——能量守恒定‎律(包含了热能‎)第二定律——机械能可全‎部转换成热‎能,但是热能却‎不能以有限‎次的试验操‎作全部转换‎成功(热能不能完‎全转化为功‎)第三定律——绝对零度不‎可达成性热力学定律‎的发现及理‎论化学反应不‎是一个孤立‎的变化过程‎,温度、压力、质量及催化‎剂都直接影‎响反应的方‎向和速度。

1901年‎,范霍夫因发‎现化学动力‎学定律和渗‎透压,提出了化学‎反应热力学‎动态平衡原‎理,获第一个化‎学奖。

1906年‎能斯特提出‎了热力学第‎三定律,认为通过任‎何有限个步‎骤都不可能‎达到绝对零‎度。

这个理论在‎生产实践中‎得到广泛应‎用,因此获19‎20年化学‎奖。

1931年‎翁萨格发表‎论文“不可逆过程‎的倒数关系‎”,阐明了关于‎不可逆反应‎过程中电压‎与热量之间‎的关系。

对热力学理‎论作出了突‎破性贡献。

这一重要发‎现放置了2‎0年,后又重新被‎认识。

1968年‎获化学奖。

1950年‎代,普利戈金提‎出了著名的‎耗散结构理‎论。

1977年‎,他因此获化‎学奖。

这一理论是‎当代热力学‎理论发展上‎具有重要意‎义的大事。

它的影响涉‎及化学、物理、生物学等广‎泛领域,为我们理解‎生命过程等‎复杂现象提‎供了新的启‎示。

热力学第零‎定律如果两个热‎力学系统中‎的每一个都‎与第三个热‎力学系统处‎于热平衡(温度相同),则它们彼此‎也必定处于‎热平衡。

这一结论称‎做“热力学第零‎定律”。

热力学第零‎定律的重要‎性在于它给‎出了温度的‎定义和温度‎的测量方法‎。

定律中所说‎的热力学系‎统是指由大‎量分子、原子组成的‎物体或物体‎系。

它为建立温‎度概念提供‎了实验基础‎。

这个定律反‎映出:处在同一热‎平衡状态的‎所有的热力‎学系统都具‎有一个共同‎的宏观特征‎,这一特征是‎由这些互为‎热平衡系统‎的状态所决‎定的一个数‎值相等的状‎态函数,这个状态函‎数被定义为‎温度。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

从四大定律角度对热力学学习的认识
2013级物理萃英班洪熹宇
摘要:
热力学是一门研究热运动的宏观理论,它与统计物理学的研究目的,都在于研究运动的规律,同时研究与热运动有关的物性,以及宏观物质系统的演化过程。

但是它与统计物理学的研究方法上有着很大的不同,统计物理学侧重于从微观角度分析和解决问题,而热学的基础则是建立在宏观的基础上。

它是一种唯象的宏观理论,具有较高的普适性和一般性。

本文由学生在热力学学习过程中,将自己的体会与知识相结合,从四大定律着手给出学生对于热力学研究意义的思考和认识。

关键词:热力学三大定律,热平衡定律,能量守恒,自由能,熵,绝对零度
正文:
一、热力学四大定律的发现与形式
宏观角度看待问题的是经典的,因此热力学总是能给出一个条件给定系统的最终平衡状态的各个参数。

人们在对热力学研究的基础上,总结出了热力学的三大定律,加上热平衡定律,便构成了热力学最主要的四个结论。

首先,能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。

它指出,自然界中的一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,这种不同形式的能量都可以转移(从一个物体传递到另一个物体),也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式),但在转移和转换过程中,它们的总量保持不变。

这一规律成为能量守恒与转换定律。

能量守恒与转换定律应用在热力学中,或者说应用在伴有热效应的各种过程中,便是热力学第一定律。

历史上,焦耳在绝热过程中所做的两个实验,首先认识到外界对于系统所做的功,仅仅与系统的初态和末态是相关联的。

在此人们定义了一个内能的概念,它的意义是,系统在末态和初态的内能之差,等于在过程中外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和,这便是热力学第一定律的数学表达形式。

此外,在工程热力学上,热力学第一定律也可表述成“热是能的一种,机械能变热能或热能变机械能时,它们之间的比值是一定的”,或者“热可以变功,功可以变热。

一定量的热消失时必定产生相应量的功;消耗一定量的功时必定出现与之相应量的热”。

其次,人们在各类实验基础上又发现了热力学第二定律。

卡诺在研究中发现,各种热机运动最终都服从于卡诺关于可逆热机的两个定理。

然而卡诺在热机工作过程的认知上并不正确,由此克劳修斯和开尔文分别提出了热力学第二定律的两种表述:开尔文提出了“利用无生命物质的作用,把物质任何部分冷到比它周围最冷的客体以下,以产生机械效应,这是不可能的”。

现在表述为“不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用的功,而不产生其它影响”,克劳修斯提出了“不可能把热量,从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化。

”,二者分别从不同角度说明了热力学第二定律的实质,即任何与热现象有关的实际过程都有着其自发进行的方向,是不可逆的。

这两种表述也可以相互进行逻辑上的论证,由此也发现了不同种类的不可逆过程本质上其实是可以互相进行推断的。

特别的,在孤立系统下,由热力学第二定律可以推出重要的熵增加原理,为今后判断孤立系统的稳定平衡条件提供了依据。

随着科学研究的深入和对于低温条件获取的需要,人们在思考,究竟可不可以通过有限的过程实现绝对零度?20世纪初,人们通过对低温下热力学现象的研究,确定了物质熵值的零点,逐步建立起了热力学第三定律,进而提出了规定熵的概念,为解决一系列的热力学问题提供了极大的方便。

热力学第三定律可以准确、简洁的表述为:0K时,任何完美晶体的熵值为0。

也可以表达为,绝对零度不能达到。

最后我们有热平衡定律:如果两个热力学系统均与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡。

也就是说热平衡是递传的。

以上四个定律被称为热力学的四个定律,其中前三个定律给出了热力学研究的基础和方法,而热力学第零定律是热力学三大定律的基础。

值得注意的是,理想气体在热力学三大定律中一直具有着重要的物理意义和研究价值。

非理想气体的性质虽然接近于实际,但是由于参数过大而变得很难去理解。

而借助于理想气体的近似,我们可以由热力学三大定律导出许多简明而富有物理意义的结论,比如理想气体的内能仅仅与温度有关,其定容热容量,定压热容量的表达式也更加简单,更好的是,我们还可以得出理想气体熵,焓以及吉布斯函数等的具体表达式。

这些近似在物理学中具有着简明且生动的意义。

三大定律也引发了人们对于不同热力学函数的探索。

如自由能函数便是在热力学第一,第二定律的基础上,用来衡量等温过程下系统对外所做功的函数,并相应给出了所谓的自由能判据。

二、热力学三大定律的现实意义和关系
我们既不能创造,也不能消灭能量。

宇宙中的能量总和一开始便是固定的,而且永远不会改变,但它可以从一种形式转化为另一种形式。

一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草,都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。

宇宙的能量总和是个常数,但是总的熵是不断增加的。

熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。

蒸汽机之所以能做功,是因为蒸汽机系统里的一部分很冷,而另一部分却很热。

换一句话说,要把能量转化为功,一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。

当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度(或由较高温度变为较低温度)时,它就做了功。

每一次能量从一个水平转化到另一个水平,都意味着下一次能再做功的能量就减少了。

这两种不同的能量状态分别被称为自由能量或有效能量,和无效的能量或者封闭的能量。

熵的增加就意味着有效能量的减少。

每当自然界发生任何事情,一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。

被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。

耗散了的能量就是污染。

既然根据热力学第一定律,能量既不能被产生又不能被消灭,而根据热力学第二定律,能量只能沿着一个方向即耗散的方向转化,那么污染就是熵的同义词。

它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。

第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。

其不可能存在,因为它违背了能量守恒定律。

第二类永动机是只从单一热源吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

第二类永动机效率为100%,虽然它不违反能量守恒定律,但大量事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热源,热机要不断地把吸取的热量变成有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温物体,因此效率不会达到100%。

第二类永动机违反了热力学第二定律。

由热力学第一定律和第二定律,人们导出了不同的热力学函数与麦氏关系,并积极应用在工程,生活,科研的不同领域。

如人们通过节流过程和绝热膨胀过程获得有效的低温环境。

这些原理拥有很高的普适性,在磁介质中也有着重要的应用。

一个例子就是著名的绝热去磁制冷效应和压磁效应。

在统计物理学上,热力学第三定律反映了微观运动的量子化。

在实际意义上,第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的意图。

而是鼓励人们想方设法尽可能接近绝对零度。

现代科学可以使用绝热去磁的方法达到5×10^-10K,但永远达不到0K。

根据热力学第三定律,基态的状态数目只有一个。

也就是说,第三定律决定了自然界中基态无简并。

三、热力学的局限性与统计物理学简述
热力学与统计物理学的不同之处在于研究对象上并没有考虑物体的微观结构,它把物体看作是连续体,用连续函数表达物质的性质,因此不能解释涨落现象,这就是热力学的局限性所在。

教材中告诉我们,统计物理学是热运动的微观理论,统计物理学从宏观物质系统是由大量微观粒子所构成这一事实出发,认为物质的宏观性质是大量微观粒子性质的集体表现,宏观物理量是微观物理量的统计平均值,由于统计物理学深入到了热运动的本质,因此就能够把热力学中三个相互独立的基本规律归结于一个基本的统计原理,阐明这三个定律的统计意义,还可以解释涨落现象。

不仅如此,在对物质的微观结构做出某些假设之后,应用统计物理学理论还可以求得具体物质的特性,并阐明产生这些特性的微观机理。

但统计物理学也有它的局限性。

由于统计物理学对物质的微观结构所做的一般只是简化的模型假设,所得的理论结果也就往往是近似的。

总结:
热力学与统计物理学分别从宏观和微观角度解释了热现象,它们之间有着深刻的关系,在热研究过程中是相辅相成的。

热力学的四个定律的提出和其本质都很好地概括了热现象的本质,体现了物理学的哲学之美。

在本学期的第二阶段中,要注意到热力学与统计物理之间的联系,做到融会贯通,同时也要打好数学基础,为统计物理做好理论学习的基础。

参考文献:汪至诚《热力学与统计物理》
徐洪琳《热力学发展史》
郑久仁周子舫《热学热力学统计物理》。

相关文档
最新文档