热力学四大定律第零定律热平衡Thezerolawofthermodynamics
热力学4大定律
热力学4大定律
热力学是研究物质热现象和能量转化的学科，其基础是热力学定律。
其中，热力学的4大定律是热力学的基石，下面一一介绍：第一定律：能量守恒定律
能量无法被创造或毁灭，只能被转化形式。
在系统内，能量的增加等于吸收的热量与对外做功的代数和。
这就是热力学第一定律，也被称为能量守恒定律。
第二定律：熵增定律
热能总是从高温物体流向低温物体，不可能自行流动反向。
这是热力学第二定律，也被称为熵增定律。
熵是一个系统的无序程度，它总是在不断增加。
热力学第二定律告诉我们，任何封闭系统中，熵不可能减少，只能增加或保持不变。
第三定律：绝对零度定律
绝对零度是温度的最低限度，等于绝对零度时，物质的分子运动完全停止。
热力学第三定律规定，任何物体都无法达到绝对零度，但可以接近于零度。
第四定律：热力学定量关系定律
热力学第四定律描述了热力学量之间的定量关系，例如温度、熵、热容等。
这些关系可以用来预测系统中的热力学性质和行为。
这些热力学定律是理解能量和热力学系统运作的基础。
了解这些定律可以帮助我们更好地理解自然规律和技术应用。
- 1 -。
物化——热力学四大定律发现者
• 热力学的四大定律简述如下： 热力学的四大定律简述如下： 四大定律简述如下 热力学第零定律——如果两个热力学系统 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 温度相同)， 平衡 温度相同 ，则它们彼此也必定处于热 平衡。 平衡。 热力学第一定律——能量守恒定律在热学 能量守恒定律在热学 热力学第一定律 形式的表现。 形式的表现。 热力学第二定律——力学能可全部转换成 力学能可全部转换成 热力学第二定律 热能， 热能， 但是热能却不能以有限次的实验操 热机不可得)。 作全部转换成功 (热机不可得 。 热机不可得 热力学第三定律——绝对零度不可达到但 热力学第三定律 绝对零度不可达到但 可以无限趋近
卡诺循环工作原理图
• 卡诺指出了热机工作过程中最本质的东西： 卡诺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， 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； 温热源的热量不断地转化为有用的机械功； 明确了“ 明确了“热的动力与用来实现动力的介质 无关， 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 物体之间的温度来确定” 作热机的效率有一极限值， 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。 循环工作的热机所产生的效率最高。实际 上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律 的基本思想，但由于受到热质说的束缚， 的基本思想，但由于受到热质说的束缚， 使他当时未能完全探究到问题的底蕴。 使他当时未能完全探究到问题的底蕴。
• 卡诺出色地运用了理想模型的研究方 以他富于创造性的想象力， 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 后称卡诺可 构思了理想化的热机 后称 逆热机（卡诺热机）， ），提出了作为热 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， 定理，从理论上解决了提高热机效率 的根本途径
热力学四大定律第零定律热平衡Thezerolawofthermodynamics
第零定律：熱平衡The zero law of thermodynamics T1=T2=T3=T4第一定律：The first Law of thermodynamics能量守恆定律(The Law of conservation of energy)△E=Q-WQ=-W= Pdv = -nRTln v2/v1Q=+nRT ln V2/V1代入S= dnRT ln V2/V1T第二定律:每一自發性的變化均伴隨著熵的增加宇宙趨向最大亂度S＞0熵entropy S ：熱力學函數(thermodynamic function)，熵可解釋為一種物系「亂度」或不規律的一種量度。
熵可視為一機率函數S宇宙= S系統+ S週邊＞0判斷自發的方法：S＞0(不可逆)S= 0(可逆)，S＜0(不發生)S 表示熵的改變。
宇宙上能量傳遞有方向性的，總是由高能量傳到低能量。
第三定律：在OK時，一完全結晶物體之熵會等於零，Ｓ＝０所有物體都呈現靜止狀態。
海水轉變成淡水化工程要生產出1噸淡水，需要抽取2.5噸海水作為“原水”。
海水被抽出後，首先通過加藥-混凝沉澱環節除去海水大顆粒懸浮物，然後進入氣浮池進行預處理，後經過超濾、反滲透兩個主要環節，充分去除海水中的鹽分、懸浮物、有機物和藻類物質等，最後進入後礦化環節調節水的硬度和pH值，苦澀的海水就變成能夠直飲的淡水了自然科學:1543年─哥白尼：(天體運行論)以太陽為中心(日心論)1.伽利略：望遠鏡→h=1/2gt22.刻卜勒：行星三大運動定律第一定律：「軌道定律」─所有的行星繞著太陽運行第二定律：等面積定律─T=T2-T1=T4-T3第三定律：週期定律R13= R23=KT12T22第一定律：慣性定律─靜者恒靜，動者恒動。
第二定律：加速度定律速度= s/t =V 公尺/秒F一定：m與a成反比mx1/aF=mxa m一定：Fxa成正比a一定：Fxm成正比第三定律：作用力與反作用力定律複色光分解為單色光的現象叫光的色散．牛顿在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜).色散現象説明光在媒質中的''速度''溯因法的推理步驟:觀察現象形成假設(猜測原因)- -解釋假設-- 最佳解釋-- 檢驗強調;猜測與假設的區別。
大学物理 第四章 热力学基础
数据来源：《红外线技术在国民经济中的应用》列维金著， 上海科技文献出版社
第四章热力学基础
14
大学物理 教程
人体活动状态与排热量表
活动状态
静 坐
排热量(J/S=瓦) 排热量(千卡/小时)
82~105 70~90
静
立
105~130
230~465
90~110
200~400
快步行走
重体力劳动
525~815
Mayer公式
第四章热力学基础
33
大学物理 教程
例如,氧气 02
7 CP R 2
4.摩尔热容比
i2 CV i Cp
第四章热力学基础
34
大学物理 教程
三. 等温过程 (isothermal process) 1. 内能的变化
E 0
2. 吸热和做功
dQ dW PdV
P
P
V1 V2 V 图中W>0
第四章热力学基础
V1 V2 V 图中 W<0
9
大学物理 教程
c)功是过程量，和过程有关。
P
起点终点相同，如过程 不同，则作功不同。
A B
V1
V2
V
第四章热力学基础
10
大学物理 教程
例题：如图所示，由A到B的过程系统对外作 了多少功？ P( 105Pa)
解: 2 W=S=(BC+AD)*CD/2 1 =150J
3. 热力学系统的分类 孤立系统 和外界无相互作用的系统
封闭系统
和外界仅有能量交换，无质量交换的系统 开放系统 和外界既有能量交换又有质量交换的系统
第四章热力学基础
4
热力学中的热力学四律和定律推导
热力学中的热力学四律和定律推导热力学是自然科学中的一门重要学科，研究的是热和其它形式的能量的转化和相互关系。
在研究热力学时，我们需要遵守一些热力学法则，也就是热力学四律和定律。
这些法则告诉我们在物质世界中能量是怎样流动的，同时也是指引我们分析和解决热学问题的有力工具。
本文将通过推导来说明这些定律的基本原理和应用。
热力学四律热力学四律是热力学的基本定律，表述了热力学系统中能量的转化和传递过程。
四律分别是能量守恒定律、熵增定律、热力学第一定律和热力学第二定律。
能量守恒定律能量守恒定律是热力学四律中最基本的原则，它指出能量在任何转化或传递过程中都不会消失或增加，只会从一种形式转换成另一种形式。
在一个封闭系统中，能量的总量是恒定的，且无法被永久地摧毁或产生。
根据能量守恒定律，热力学系统中的能量可以以很多不同的方式表达，例如内能、势能、动能、电能等。
而热力学四律的其它三条定律就是特定形式下的能量转化和转移的结果。
熵增定律熵增定律又称热力学第二定律的熵增原理，它描述了自然界中的一个普遍趋势，即熵总是朝着增加的方向发展。
熵是一个用来描述系统混乱程度的物理量，熵增原理要求在任何系统发生变化时，系统的熵都应该增加。
熵增原理可以通过考虑热能传导、发电机以及化学反应中的一系列过程得出。
热力学第一定律热力学第一定律也称能量守恒定律，它指出能量不会凭空消失或产生，只会从一种形式转化为另一种形式。
这个定律是基于能量守恒原理的，告诉我们在一个封闭系统中的能量总量是恒定的。
这个定律可以用来描述系统中的热量、工作和内能之间的关系。
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，它提供了关于自然界不可逆性和封闭系统热量转换无法达到百分百效率的重要信息。
这个定律表明热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体中。
除非有外部能量源或热泵，否则温度差会导致热量在系统中自行流动。
定律的运用热力学四律和定律虽然看起来十分简单，但在实践中有极其广泛的应用。
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。
而温度相等是热平衡之必要的条件。
热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。
通常表述为：与第三个系统处于热平衡状态的两个系统之间，必定处于热平衡状态。
热力学第零定律内容和意义
热力学第零定律内容和意义热力学第零定律，又称熵定律，是热力学的一个基本定律。
由于它是热力学的基础，因此也被称为“热力学第零定律”。
热力学第零定律内容是：在一定温度条件下，同种物质当量的两个热力系统，其熵相等。
简单地说，就是在不考虑其他因素的情况下，保持温度不变的情况下，两个热力系统的熵相等。
熵是物理学中的一个重要概念，指的是一个热力系统的无序程度。
它是热量的函数，可以衡量热力系统的热量分布、温度分布和熵的大小。
热力学第零定律强调了热力系统的熵的不变性。
热力学第零定律的意义在于，它提供了一种新的方法来描述热力系统的变化，即考虑熵的变化。
它明确表明，保持温度不变的情况下，两个热力系统的熵相等，这意味着熵是一个不变量，这是热力学第零定律最重要的意义。
热力学第零定律的另一个重要意义在于：它可以作为一种把热力系统物理量转化为熵的方法，是热力学的基础，也是发展热力学的基础。
熵的概念被广泛应用于传热学、流体力学和物理化学等领域，也是构成热力学的基本概念。
热力学第零定律还能够解释物质的热力行为，以及它们之间的相互作用。
它能够揭示物质的真实物理性质，使人们能够深入研究物质的性质和物质的变化，从而更好地理解和控制物质的变化和变化过程。
热力学第零定律还能够帮助我们更好地理解物质的本质，因为热力学第零定律揭示了物质的热力性质和变化，从而使我们能够更好地把握其本质。
此外，它还可以帮助我们更好地研究物质的变化规律，以及物质之间的相互作用，从而更好地掌握物质的性质和变化。
热力学第零定律提供了一种新的视角，使人们可以更好地理解物质的本质，以及物质之间的变化规律。
它为研究物质的性质提供了一个重要的基础，为热力学和物理学的发展提供了重要的基础，使我们更好地理解物质的本质，开发有效的技术手段，从而更好地掌握物质的变化，更有效地利用物质的能量，从而有效控制物质的变化。
综上所述，热力学第零定律内容是：在一定温度条件下，同种物质当量的两个热力系统，其熵相等。
热力学第零定律的理解
热力学第零定律的理解热力学第零定律是热力学的基本定律之一，对于理解和研究热力学现象具有重要意义。
热力学第零定律的正确表述应为：热平衡具有传递性。
这意味着，如果两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统之间也必定处于热平衡状态。
为了更好地理解热力学第零定律，我们可以从以下几个方面进行阐述：1.热平衡的概念热平衡是指一个热力学系统内，所有微观粒子的热运动状态均达到均匀、无序、无规则的状态。
在热平衡状态下，系统的温度、压力、化学势等宏观性质不再发生变化。
2.热平衡的传递性根据热力学第零定律，如果两个热力学系统A和B分别与第三个系统C处于热平衡状态，那么可以推断出A和B之间也必定处于热平衡状态。
这意味着，如果我们知道A和C、B和C分别处于热平衡状态，那么可以断定A和B之间也处于热平衡状态。
3.温度的定义根据热力学第零定律，处于同一热平衡状态的系统具有一个数值上相等的共同的状态参数，这个参数就是温度。
温度是描述物体热力学状态的重要参数，它表示物体分子热运动的平均动能。
温度的概念对于热力学的研究具有重要意义，因为它将热力学系统中各种复杂的现象简化为一个单一的参数，使得我们可以通过分析温度来研究热力学问题。
4.温度的特性温度具有以下特性：（1）温度的单位：温度的单位是开尔文（K），绝对零度是温度的最低极限，而高温的极限则可能达到5109K。
（2）温度的传递性：根据热力学第零定律，如果两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态，那么这两个物体之间也必定处于热平衡状态。
（3）温度的测量：我们通常所说的测量温度，实际上是在测量物体的热力学性质，而不是直接测量温度本身。
5.热力学第零定律的意义热力学第零定律是热力学的基础，它揭示了热平衡现象的基本规律，对于我们理解和研究热力学问题具有重要意义。
热力学第零定律的提出，为后续热力学理论的建立和发展奠定了基础。
6.热力学第零定律的应用热力学第零定律在实际应用中具有广泛的应用，例如：（1）在工业生产中，热力学第零定律被应用于恒温控制、热交换器的设计等方面。
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第零定律：熱平衡
The zero law of thermodynamics T1=T2=T3=T4
第一定律：The first Law of thermodynamics
能量守恆定律(The Law of conservation of energy)
△E=Q-W
Q=-W= Pdv = -nRTln v2/v1
Q=+nRT ln V2/V1代入
S= dnRT ln V2/V1
T
第二定律:
每一自發性的變化均伴隨著熵的增加
宇宙趨向最大亂度S＞0
熵entropy S ：熱力學函數(thermodynamic function)，熵可解釋為一種物系「亂度」或不規律的一種量度。
熵可視為一機率函數
S宇宙= S系統+ S週邊＞0
判斷自發的方法：S＞0(不可逆)
S= 0(可逆)，S＜0(不發生)S 表示熵的改變。
宇宙上能量傳遞有方向性的，總是由高能量傳到低能量。
第三定律：
在OK時，一完全結晶物體之熵會等於零，
Ｓ＝０
所有物體都呈現靜止狀態。
海水轉變成淡水化工程
要生產出1噸淡水，需要抽取2.5噸海水作為“原水”。
海水被抽出後，首先通過加藥-混凝沉澱環節除去海水大顆粒懸浮物，然後進入氣浮池進行預處理，後經過超濾、反滲透兩個主要環節，充分去除海水中的鹽分、懸浮物、有機物和藻類物質等，最後進入後礦化環節調節水的硬度和pH值，苦澀的海水就變成能夠直飲的淡水了
自然科學:
1543年─哥白尼：(天體運行論)以太陽為中心(日心論)
1.伽利略：望遠鏡→h=1/2gt2
2.刻卜勒：行星三大運動定律
第一定律：「軌道定律」─所有的行星繞著太陽運行
第二定律：等面積定律─T=T2-T1=T4-T3
第三定律：週期定律R13= R23=K
T12T22
第一定律：慣性定律─靜者恒靜，動者恒動。
第二定律：加速度定律
速度= s/t =V 公尺/秒
F一定：m與a成反比mx1/a
F=mxa m一定：Fxa成正比
a一定：Fxm成正比
第三定律：作用力與反作用力定律
複色光分解為單色光的現象叫光的色散．牛顿在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜).色散現象説明光在媒質中的''速度''
溯因法的推理步驟:
觀察現象
形成假設(猜測原因)- -解釋假設-- 最佳解釋-- 檢驗
強調;猜測與假設的區別。
靜電:
在空氣乾燥的季節裡，衣類會產生靜電。
如以手指頭摸到衣服時，會出現霹哩拍拉的火花與聲音。
此種的靜電也可以稱做摩擦電，當使用乾燥的布摩擦不導電物質(如硬橡膠)時，會非常明顯的產生此種電。
然後將小紙片靠近該物質則吸引過去。
這個現象表示，摩擦後物質帶正電，然後吸引不帶電的物質，但經常在電氣上為負電性的輕量物質。
此為電的正性及負性相吸引作用的結果。
惟帶同一種電的物件則相排斥，因此一旦被吸引後帶正電的輕量物質就不再被吸引而遭偶排斥。
核能發電的優點:
核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。
核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。
核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用途。
核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。
核能發電的成本中，燃料費用所佔的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，故發電成本較其他發電方法為穩定。
核能發電的缺點:
核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所佔體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。
核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。
核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。
核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。
興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。
核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。
乾電池:
Zn→Zn2++2e-
2NH4Cl(s)+2MnO2+2e-→Mn2O3+(NH3)2Cl-2+H2O
Zn+2NH4Cl(s)+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2+MnO3+H2O
鉛蓄電池:
陽：Pb+H2SO4→PbSO4+2e-+2H+ 陰：PbO2+H2SO4+2e-→PbSO4+2OH-
全：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
積體電路(IC)
在一小塊矽晶片上，同時製作電晶體、二極體、電容器、電阻等元件，並聯結成整體電路，目
前已可在30mm2矽片上作106個各種電路。
電視
分成聲音、圖像、與彩色信號三部份。
聲音的傳送和一般廣播相同，為調頻波。
圖像的傳送係
把圖像分成許多光點，藉光電效應轉換成電流。
彩色電視：光的三原色分為紅、綠、藍三色
電算機
俗稱為電腦，它是二十世紀人類最智慧的產品。
具備輸入、處理、記憶、和輸出四大主要部份。
1.中央處理單元：是電算機的心臟，可分為三個部份：主儲存部分、算數邏輯部份、和控制部份。
2.記憶單元：記憶器用以儲存所運算和操作的程式指令、資料、結果。
(1)內部處理記憶器(2)主記憶器(3)輔助記憶器
3.輸入及輸出：總稱為週邊設備，往往輸入與輸出使用同一裝置，有磁碟機、磁帶機、鍵盤、滑
鼠、螢幕、感應筆、引表機、繪圖機等。
這些都是人與電腦解釋和溝通的工具。
浮力:
排開液體體積*液體密度=V下xD液稱為阿基米德原理
動態流體:
P+1/2xdV2+dgh=定值
P：壓力d：密度v：速度g：重力加速度h：高度
宇宙四大因素:
物質-具有質量，佔有空間
能量-由物質變化而成E=mc2
時間-主宰物質的變化
空間-位置
電量
質量電性
電子9.1*10-31 kg ─ -1.6*10-19 質子 1.67*10-27kg + +1.6*10-19 中子 1.675*10-27 kg x x
值量大小：中子>質子>電子質量數：質子+中子原子序：電子數或質子數
同位素-中子數不同，電子、質子相同
Solid(固)：一定體積，一定形狀Liquid(液)：一定體積，無一定形狀Gas(氣)：都沒有
光合作用：CO2+H2O葉綠素1/n(CH2O)n+O2
光合。