8热力学第三定律.
热力学第三定律
徐中山 12225040 摘要：热力学第三定律是伴随着低温技术的研究而发展起来的普遍规律，它的 正确性已由大量实验事实所证实。本文主要论述热力学第三定律的两种等价表 述即能斯特定理和绝对零度达不到原理，并且简要阐述绝对熵的概念以及热力 学第三定律的推论和应用。 关键词： 能斯特定理 绝对零度 绝对熵
一、能斯特定理
1906 年能斯特在研究各化学反应中在低温下的性质时引出一个
结论，称为能斯特定理，它的内容如下：
凝聚系的熵在等温过程中的改变随热力学温度趋于零，即 Tli→m0(∆S)T = 0
其中(∆S)T指在等温过程中熵的改变。 我们知道，在等温过程中:
∆G = ∆H − T∆S
由于∆S有界，在T → 0时显然有∆G = ∆H，这当然不足以说明在一个
+
T
∫
T，，
CP，，
dT T
其 中 ， T，， 表 示 气 液 相 变 点 的 温 度 ，
L，，表示汽化热，CP，，表示气态的定压热容。 四、热力学第三定律的若干推论和应用
1.在绝对零度时等温线和绝热线重合，是同一根线。
2. T → 0时一级相变的相平衡曲线斜率为零。
3. ∆H和∆G在T → 0处不但相等而且有相同的偏导数。
∫
0
Cx1
T
=
S(0, x2) −
S(0, x1) + ∫
0
Cx2 T
选择T1，令
T1 dT
∫
0
Cx1 T = S(0, x2) − S(0, x1)
则T2 = 0，绝对零度可达到，第三定律的否定形式也不成立。于是
就证明了，能斯特定理和绝对零度达不到原理等价。
三、绝对熵
热力学三大定律内容 如何解读热力学三个定律
热力学三大定律内容如何解读热力学三个定律
有很多的同学是非常想知道，热力学三大定律内容是什幺，如何解读热力学三个定律，小编整理了相关信息，希望会对大家有所帮助！
1热力学三大定律的内容有哪些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。
是否存在降低温度的极限？1702年，法国物理学家阿蒙顿已经提到了“绝对零度”的概念。
他从空气受热时体积和压强都随温度的增加而增加设想在某个温度下空气的压力将等于零。
根据他的计算，这个温度即后来提出的摄氏温标约为-239°C，后来，兰伯特更精确地重复了阿蒙顿实验，计算出这个温度为-270.3°C。
他说，在这个“绝对的冷”的情况下，空气将紧密地挤在一起。
他们的这个看法没有得到人们的重视。
直到盖-吕萨克定律提出之后，存在绝对零度的思想才得到物理学界的普遍承认。
1848年，英国物理学家汤姆逊在确立热力温标时，重新提出了绝对零度是温度的下限的。
1906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为：“当绝对温度赵于零时，凝聚系(固体和液体）的熵（即热量被温度除的商）在等温过程中的改变趋于零。
”德国着名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零。
”这就消除了熵常数取值的任意性。
1912年，能斯特又这一规律表为绝对零度不可能达到原理：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。
”这就是热力学第三定律。
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。
热力学三定律
谢谢聆听 请多指教
数学表达式：Δ U=W+Q
热力学外界对系统做功
热量Q
系统从外界吸收热 量
内能改变量ΔU
系统内能增加
取负值 -
系统对外界做功
系统对外界放出热 量
系统内能减少
特殊情况：①绝热过程：Q=0，关键词：绝热材料 ②气体向真空扩散，W=0
热力学第一定律
第一类永动机：不消耗能量却源源不断对外 做功。
热力学第三定律
第四 部分
热力学温度永远不可达到绝对零度
热力学第三定律
开氏温度计算公式： T=t+273.15K
说明：摄氏度t，单位℃， 开尔文温度T，单位K 威廉·汤姆逊
小结
热力学三大定律是是热力学研究的基础
重点：热力学热力学第一定律和热力学第三定律考题方式：计算题
热力学第二定律出题方式:填空选择
第一类永动机违背热力学第一定律，也违背 了能量守恒定律。
热力学第二定律
热力学第二定律两种表述
①克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体 而不引起其他变化。
②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变 为有用功而不引起其他变化。
第三 部分
热力学第二定律
热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行， 但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过 程。 说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。 XT
热力学四大定律
热力学第零定律
目录
热力学第一定律
热力学第二定律
热力学第三定律
热力学第零定律（平衡定律）
第一 部分
内容：如果两系统分别和第三个系统达到热
《热力学三定律》课件
热力学与其他学科的深度融合
未来热力学将与更多学科进行深度融合，形成交叉学科领域，为人类社会的发展提供更多 创新和突破。
提高能源利用效率和安全性
随着能源需求的不断增加，提高能源利用效率和安全性成为热力学的重要发展方向，有助 于实现可持续发展和环境保护的目标。
表述
克氏表述指出，不可能通过有限个绝热过程将热量从低温物体传到高温物体而 不产生其他影响；开氏表述指出，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来 做功，而不引起其他变化。
熵增原理
熵增原理
在封闭系统中，自发反应总是向着熵 增加的方向进行，即向着无序程度增 加的方向进行。
熵的概念
熵增原理的应用
在热力学第二定律中，熵增原理说明 了热量自发地从高温物体传向低温物 体，而不是自发地从低温物体传向高 温物体。
能源利用
热力学第二定律说明了能源利用 过程中不可避免地会产生热量损 失和废弃物，因此需要采取措施
提高能源利用效率。
04
热力学第三定律
定义与表述
热力学第三定律通常表述为： 绝对零度不可能达到。
另一种表述是：不可能通过有 限步骤将热从低温物体传至高 温物体而不产生其他影响。
还有一种表述是：不可能制造 出能完全吸收热而不产生其他 影响的机器。
热力学第三定律则解释了绝对零度无法达到的原因，即物质的熵永远不 会降为零。
三定律在工程中的应用
在能源利用方面，热力学第一定律指导 我们如何更有效地利用能源，提高能源
的利用率。
在环境保护方面，热力学第二定律指导 我们如何减少污染和废弃物的产生，降
低环境的熵增加。
在制冷技术方面，热力学第三定律指导 我们如何提高制冷效率，降低能耗和环
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• 温度趋于绝对零度时, 反应的熵变趋于 零, 即反应物的熵等于产物的熵.
• 推广到所有的化学反应, 即是:
• 一切化学反应的熵变当温度趋于绝对零
度时也趋于零.
所有反应的熵变在0K时为零 0K时所有物质的熵相等
定义: 物质在0K时的熵值为零 • 普朗克于1912年提出:
• 物质在绝对零度时的熵等于零
零
• 由热力学函数的定义式, G和H当温度趋于 绝对零度时,两者必会趋于相等：
•
G= H－TS
• limT→0G= H－limT→0TS
•
= H
(T→0K)
• 虽然两者的数值趋于相同，但趋于相同的方式 可以有所不同.
• 雷查德的实验证明对于所有的低温电池反应, G均只会以一种方式趋近于H.
规定熵
• 以前曾将规定熵称为绝对熵, 考虑到 人们对自然的认识是有限的, 随着科 学的发展, 人类可能对熵有更深刻地 认识, 故改称为规定熵.
• 规定熵可用热化学方法测定得到, 也 可由统计热力学理论直接计算得到.
• 规定熵的求算方法为:
• S=∫0T Q/T
•
=∫0T (Cp/T)dT
(2)
• 若物质有相的变化, 要将相变的熵变加进去.
• 振动能级只有一个运动状态。 • 温度趋近于绝对零度，体系所有分子处
于振动的最低能级，微观运动状态相同， 每个分子只有一种状态：
gi=1
• 体系拥有的状态数是分子状态数的 乘积，体系由全同分子组成。0K下，
每个分子的状态数一样。
•
W=giN
N: 体系的分子数
• 体系在绝对零度的运动状态数：
•
W=1N=1
•
=－limT→0K(S/p)T
热力学三定律
• 由热力学第三定律所求得的物质的熵 称为:
规定熵
• 以前曾将规定熵称为绝对熵, 考虑到 人们对自然的认识是有限的, 随着科 学的发展, 人类可能对熵有更深刻地 认识, 故改称为规定熵.
• 规定熵可用热化学方法测定得到, 也 可由统计热力学理论直接计算得到.
• 2. 热胀系数趋于零:
• ∵ (V/T)p=－(S/p)T
• ∴ limT→0K(V/T)p
•
=－limT→0K(S/p)T
•
=0
• 故热胀系数: 1/V(V/T)p • 在0K时也趋于零.
• 3. 等压热容与等容热容将相同: • Cp－CV=T(V/T)p(p/T)V • ∵ (V/T)p→0 (T→0K) • ∴ Cp－CV →0 (T→0K)
• 一. 标准状态:
• U,H,S,F,G等, 我们都无法获得绝对值. • 为了获得可比且有价值的结果, 人们选择了物
质的某些状态作为参考态, 并规定了物质在这 些参考态所具有的热力学函数值, 以此便可求 出其它任意状态的热力学函数值. • 所有这些函数值仅仅只具有相对性, 它们的绝 对值目前尚无法求得.
• 化学反应的标准吉布斯自由能可以由物质的 规定吉布斯自由能求得:
rGm0(T) =(∑iGT,,i0)产物－(∑iGT,i0)反应物 (7)
• GT,i：i物质在T温度下的摩尔规定吉布斯 自由能.
谢谢
纯物质的标准状态规定如下: 气体: 理想气体 T p=100,000 Pa 液体: 纯液体 T p=100,000 Pa 固体: 纯固体 T p=100,000 Pa
• 二. 热力学函数规定值:
• 1.规定焓:
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。
热力学的第三定律的基本概念及实际应用
热力学的第三定律的基本概念及实际应用热力学的第三定律：基本概念及实际应用1. 基本概念热力学第三定律是热力学基本定律之一，它揭示了在接近绝对零度时，系统熵的变化规律。
这一定律由德国物理学家恩斯特·韦伯和马克斯·普朗克在1923年提出，后来被广泛接受和证实。
1.1 熵的定义要理解热力学第三定律，首先需要明确熵的概念。
熵是热力学系统中的一种度量，表示系统混乱程度的物理量。
在宏观上看，熵可以理解为系统中的能量分布均匀程度。
一个系统的熵越大，其能量分布越均匀，系统越趋向于热力学平衡。
1.2 绝对零度的概念绝对零度是热力学温标（开尔文温标）的最低温度，对应于0K。
在绝对零度时，理论上系统中的分子和原子的运动将停止，系统达到最低的能量状态。
1.3 第三定律的内容热力学第三定律指出，在温度接近绝对零度时，系统的熵接近一个常数。
换句话说，系统熵的变化趋于停止。
这表明，无论系统如何接近绝对零度，其熵值都不会降低到零。
换句话说，绝对零度是不可达到的。
2. 实际应用热力学第三定律在许多实际领域中具有重要意义，以下是一些主要应用：2.1 制冷技术热力学第三定律在制冷技术中起着关键作用。
根据第三定律，制冷剂在接近绝对零度时，其制冷能力会减弱。
因此，在设计和使用制冷系统时，需要考虑到这一限制。
2.2 低温物理在低温物理领域，热力学第三定律对于理解和研究物质在接近绝对零度时的性质具有重要意义。
例如，超导体在超低温下表现出独特的电磁性质，这些性质与热力学第三定律密切相关。
2.3 信息论热力学第三定律与信息论也有着密切的联系。
熵在信息论中用作信息量的度量，而热力学第三定律揭示了在低温下系统熵的变化规律。
这为信息处理和传输提供了理论基础。
2.4 宇宙学在宇宙学中，热力学第三定律对于理解宇宙的演化和命运具有重要意义。
根据第三定律，宇宙的熵会随时间增加，这有助于解释宇宙从一个高度有序的状态发展到目前这个复杂、混乱的状态。
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