热力学定律
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。
热力学(三大定律)
1.0 mol R ln 2 5.76 J K 1
非等温过程中熵的变化值
1、 物质的量一定的可逆等容、变温过程
S
T2
nCV ,m dT T
T1
2、 物质的量一定的可逆等压、变温过程
S
T2
nC p ,m dT T
T1
热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质
热力学第一定律
热力学第二定律
从Carnot循环得到的结论：
即Carnot循环中，热效应与温度商值的加和等于零。
p
Q1 Q2 0 T1 T2
任意的可逆循环：
任意可逆循环
V
用相同的方法把任意可逆循环分成许多首尾连接的小卡诺循环。
前一循环的等温可逆膨胀线 就是下一循环的绝热可逆压缩线 (如图所示的虚线部分)，这样两 个绝热过程的功恰好抵消。
克劳修斯
在发现热力学第二定律的基础上，人们期望找到一个物理量，以 建立一个普适的判据来判断自发过程的进行方向。
克劳修斯首先找到了这样的物理量。1854年他发表《力学的热理 论的第二定律的另一种形式》的论文，给出了可逆循环过程中热 力学第二定律的数学表示形式，而引入了一个新的后来定名为熵 的态参量。1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用 的形式》的论文，把这一新的态参量正式定名为熵。并将上述积 分推广到更一般的循环过程，得出热力学第二定律的数学表示形 式。利用熵这个新函数，克劳修斯证明了：任何孤立系统中，系 统的熵的总和永远不会减少，或者说自然界的自发过程是朝着熵 增加的方向进行的。这就是“熵增加原理”，它是利用熵的概念 所表述的热力学第二定律。
H (相变） S (相变） T (相变）
热力学三大定律
热力学三大定律热力学第零定律：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，那么它们也必定处于热平衡。
热力学第零定律是热力学三大定律的基础。
热力学第一定律是能量守恒定律。
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。
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。
熵表述随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。
关系热力学第二定律的两种表述（前2种）看上去似乎没什么关系，然而实际上他们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。
意义热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
第二类永动机（不可能制成）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。
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。
R.H.否勒和E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式：任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0k,称为0K不能达到原理。
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。
热力学一二三定律
热力学一二三定律
热力学一二三定律是热力学中最基本的三个定律，分别是热力学第一定律、第二定律和第三定律。
热力学第一定律是能量守恒定律，它规定了能量在热力学过程中的转化和守恒。
即热力学系统的内能变化等于吸收的热量与做功的总和。
热力学第二定律是热力学中不可逆过程的基础，它规定了热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，而只能通过外界做功的方式实现。
热力学第三定律是热力学中温度的基础，它规定了在绝对零度下，所有物质的熵都趋向于一个确定的极限值。
这个定律也被称为“熵定理”。
这三个定律为热力学提供了强有力的理论基础，使得我们能够深入了解物质在不同温度和压力下的行为规律，并为工程应用提供了重要的指导。
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热学三大公式
热学三大公式
热学是物理学中的一个重要分支，涉及到热量、热力学能量、热传递等方面的知识。
在热学中，有三个非常重要的公式，分别是:
1. 热力学第一定律公式:Q = U + W
这个公式表示热量 Q 等于内能 U 加上摩擦功 W。
它表明了热量和内能之间的关系，说明了热传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
2. 热力学第二定律公式:N = Q - W
这个公式表示净热量 N 等于热量传递 W 减去摩擦功 N。
它表明了热量传递的方向和热量传递的多少取决于内能差异的大小，而与摩擦功无关。
这个公式在解释热传递的规律和计算热量传递的效率时非常有用。
3. 热力学第三定律公式：热量不可能自发地从低温物体传到高
温物体
这个公式表示热量传递是一种自发的过程，也就是说，热量传递是从高温物体向低温物体传递的。
这个公式表明了热传递是一种不可避免的自然现象，同时也说明了热量传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
这三个公式是热学中最基本的公式，对于理解热学概念和应用具有非常重要的意义。
此外，热学还有很多其他的公式和规律，例如热力学第二定律的另一种表述方式——熵增定律，以及热力学第三定律的应用，等等，这些都需要深入学习才能掌握。
热力学三大定律。
热力学三大定律。
热力学是一门研究热现象和能量转移的学科，它包含了许多重要的理论和定律。
其中最为基础和重要的就是热力学的三大定律。
这三大定律分别是：
第一定律：能量守恒定律。
这个定律表明，能量在一个系统中不会被创造或者消失，只会被转换成不同的形式。
换句话说，热能可以转化为机械能，电能，化学能等等。
第二定律：热力学第二定律，也被称为热力学不可逆定律。
这个定律表明，任何一个封闭的系统都会不可避免地趋向于熵增加的方向。
也就是说，不可逆的过程比可逆的过程更有可能发生，因为后者需要外部能量输入，而前者则不需要。
第三定律：热力学第三定律，也被称为绝对零度定律。
这个定律表明，在温度为零度的绝对零点附近，系统的熵趋近于零，而且无法完全达到零。
这个定律的重要性在于，它提供了一个基准点，让我们可以对温度进行比较和测量。
这三大定律是热力学的基石，它们不仅解释了许多自然现象，也为工程应用提供了重要的指导意义。
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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。
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初始时氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓氢 气膨胀，对固定栓做功，由于气缸绝热，内能减小， 温度降低。氧气压缩，固定栓对氧气做功，由于气缸 绝热，氧气内能增加，温度升高。由于隔板导热，松 开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,有热量从氧 气传到氢气，氧气的内能先增大后减小，氢气的内能 比初始时的大，A、B错，C、D正确。
07届南京市第一次调研测试 1 1．下列叙述和热力学定律相关，其正确的是（ A ） A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量 守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量 守恒定律
C．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量 传到外界，违背了热力学第二定律
D．气体可以从单一热源吸热，并全部用来对外做 功，而不引起其它变化
高温物体 高温物体 高温物体 高温物体 高温物体
W
Q2
致冷机
W
Q1
热机
Q1
热机
W
W
Q1
致冷机
Q1
热机
W
Q1
低温物体
Q2
低温物体
Q2
低温物体
Q2
低温物体
Q2
低温物体
图1
（A）
（B）
（C）
（D）
学利用物理课中学过的热学知识，设法测量了电冰
箱一段工作时间t内散热器发出的热量Q．在这段时 间内冰箱压缩机消耗的电能为E（E＝Pt，P为电冰 箱压缩机的额定功率），以下四组数据是Q与E的 百分比，其中肯定不符合事实的是 ( CD )
A．200％
C．60％
B．160％
D．80％
07年1月苏州市教学调研测试8 8．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过 一系列变化后又回到开始的状态，用W1 表示外界对 气体做功的数值，W2 表示气体对外界做功的数值， Q1 表示气体吸收的热量多少,Q2 表示气体放出的热量 多少,则在整个过程中可能正确的关系有 ( B C D ) A．Q1－Q2＞W2－W1 C．W1=W2 B．Q1=Q2 D．Q1＞Q2
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量仍守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中 的宏观过程具有方向性
07年苏锡常镇四市一模 5 5．热力学第二定律常见的表述方法有两种，其一是： 不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其 它变化；其二是：不可能从单一热源吸收热量并把它 全部用来做功，而不引起其它变化。第一种表述方法 可以用图1来表示，根据你对第二种表述的理解，如 果也用类似的图来表示，你认为正确的是 ( B )
06年江苏连云港市最后模拟考试1 1．下列说法中正确的是 ( A ) A．电热器消耗的电能可以全部变成内能
B．在火力发电中，蒸汽的内能可以全部变成电能
C．在热机中，燃气的内能可以全部变成机械能
D．可以制造一种传热物体，使热量自发地从物体 的低温端传递给高温端
07年1月苏州市教学调研测试7 7．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象 。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流 散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量 耗散的说法中正确的是 （ C D ） A．能量耗散说明能量不守恒
A．气缸内气体的分子平均动能变小
B．气缸内气体的压强变小
C．气缸内气体向外界放出热量
D．气缸内气体从外界吸收热量
07年苏锡常镇四市二模5. 5 ．右图所示为一带活塞的气缸，缸内盛有气体，缸外 为恒温环境，气缸壁是导热的,现令活塞向外缓慢移动 一段距离，在此过程中气体吸热，对外做功W1 ，然后 设法将气缸壁及活塞绝热，推动活塞压缩气体，使活塞 回到原来位置,此过程中外界对气体做功W2,则 ( D ) A. 有可能使气体回到原来状态，且|W1 | > | W2| B. 有可能使气体回到原来状态，且|W1 | < | W2| C. 不可能使气体回到原来状态，且|W1 | > | W2| D. 不可能使气体回到原来状态， 且|W1 | < | W2|
解： 原来状态压强为P0 ，体积为V0 ，温度为T0 ， 活塞向外缓慢移动一段距离,气体等温膨胀,体积为V1 , 压强为P1 ， T0= T1 ， P1 V1= P0 V0 ，
由热力学第一定律ΔE1=W1 +Q1=0
绝热压缩气体，使活塞回到原来位置,此过程V2 = V0 ΔE2=W2 +Q2 =W2 >0 P
解见下页
解： 当气体体积V增大时，气体对外界做功，当气 体体积V减小时，外界对气体做功；故A选项正确；
pV 常 数 ，p增大时，V不一定变化， 根据 T
故B选项错；
根据ΔE＝W＋Q可知，在V减小的过程中，可能向外界 放热，内能不一定增大，故C选项错误；
Q＝0 的过程中，W不一定为0，故D选项错误。
物体内能增加，△E＞0；物体内能减少，△E＜ 0
外界对物体做功W ＞0；物体对外界做功W ＜ 0
物体从外界吸热 Q＞0； 物体向外界放热Q ＜ 0
二、热力学第二定律 表述形式一：热量总是从高温物体传到低温物体，但 是不可能自动从低温物体传递到高温物体，而不引起 其它变化。（这是按照热传导的方向性来表述的。）
解： 气体回到开始的状态内能不变， ΔE=0 由热一律，ΔE=Q+W= 0 即ΔE=Q+W= Q1- Q2 + W1 - W2 = 0
可见A错
07年江苏省扬州市一模7 7.如图所示，导热性能良好的气缸内用活塞封闭一定 质量的空气，气缸固定不动。一条细线左端连接在活 塞上，另一端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始 时活塞静止。现不断向小桶中添加细沙，使活塞缓慢 向右移动(活塞始终未被拉出气缸)。则在活塞移动过 程中，下列说法正确的是（ B D ）
2007年高考江苏卷11 11、如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦 移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分 别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初 始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气 的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列 说法中正确的是 ( C D ) A、初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B、系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C、松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中, 有 热量从氧气传递到氢气 固定栓 绝热气缸 D、松开固定栓直至系统重新 达到平衡的过程中，氧气的内 能先增大后减小
功是能量转化的量度．
热力学第一定律表示，做功和热传递提供给一个物 体多少能量，物体的内能就增加多少，能量在转化 或转移过程中守恒．
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一 种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的 物体．这就是能量守恒定律．
07年4月苏州中学调研试卷8. 8．电冰箱工作时，冰箱内部的食物温度降低，位 于冰箱后背的散热器温度升高，散发热量．某位同
07年重庆市第一轮复习第三次月考卷3 3．下列说法中正确的是 ( A ) A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自 发地进行的 B．一切宏观热力学过程并不是都具有方向性 C．理想气体在等温变化时，内能不变，因而与外 界不发生热交换 D．电冰箱从箱内温度较低的食品吸收的热量等于 冰箱向外界空气释放的热量
∴ T2 > T0= T1
由气态方程
∴ P2 > P0 所以不可能使气体回到原来状态
P2V0 P1V1 P0V0 T2 T1 T1
P2 P0
P1 0 V0 V1 V
画出气体状态变化的P—V图如图示，
图线和虚线所围的面积等于功的大小,可见|W1 | < | W2| .
2007年理综全国卷Ⅱ14 14.对一定质量的气体，下列说法正确的是（ A ） A.在体积缓慢不断增大的过程中，气体一定对外界 做功 B.在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功 C.在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D.在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定 不变
表述形式二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其它变化。机械能可以全部转化 为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其 它变化。 (这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的)
注意：两种表述是等价的，并可从一种表述导出另 一种表述。
表述形式三：第二类永动机是不可能制成的。
三、能量转化和守恒定律
一、热力学第一定律 在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热 传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物 体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加△E ，即△E= W + Q ①热力学第一定律的内容：物体内能的增量△E等于 外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和。 ②表达式：W+Q=△E ③符号规则：
热 力 学 定 律
热 力 学 定 律
一、热力学第一定律 二、热力学第二定律 三、能量转化和守恒定律 07年4月苏州中学调研试卷8 07年1月苏州市教学调研测试8 07年江苏省扬州市一模7 07年苏锡常镇四市二模5 2007年理综全国卷Ⅱ14 2007年高考江苏卷11 07年重庆市第一轮复习第三次月考卷3 07届南京市第一次调研测试 1 06年江苏连云港市最后模拟考试1 07年1月苏州市教学调研测试7 07年苏锡常镇四市一模 5