热力学定律
热力学三大定律的概念
热力学三大定律的概念
热力学三大定律是指热力学基本定律中的三个基本原理，它们是：
1. 第一定律：能量守恒定律。
该定律表明，能量不可能从不存在转变为存在，也不可能从存在变为不存在，能量只能由一种形式转化为另一种形式，而总能量守恒不变。
2. 第二定律：热力学第二定律是指任何热机在工作过程中，都不能让热量全部转化为机械功，总有一部分热量被释放到低温环境中，使得热机的能效不可能达到100%。
简单来说，热力学第二定律描述了能量转化的不完全性。
3. 第三定律：同时，热力学第三定律指出，在绝对零度时，所有物质的熵都趋于零，也就是说，没有物质能够减为绝对零度以下。
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。
对热力学三个定律的理解
对热力学三个定律的理解
热、电磁、光等现象和机械运动都是能量的不同形式，可以相互转化，并且遵循能量守恒定律。
【热力学三定律】
热力学第一定律：热力学系统例如不稀释外部热量却对外作功，须消耗内能;不可能将打造出既不须要外界能量又不消耗系统内能的永动机。
热力学第二定律：热机不可能把从高温热源中吸收的热量全部转化为有用功，总要把一部分传给低温热源。
根据这个定律，任何热机的效率都不可能达到%。
热力学第三定律：在科学家研究液态、液体、分子和原子的自由能的基础上，能够斯特明确提出，在温度达至绝对零度(-摄氏度)时，物质系统(分子或原子)无规则的热运动将暂停。
绝对零度不可能将达至，但是可以无穷收敛。
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。
热力学3大定律
热力学3大定律一、热力学第一定律1. 内容- 也称为能量守恒定律。
其表述为：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。
- 数学表达式为Δ U = Q+W，其中Δ U表示系统内能的变化量，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。
如果系统对外界做功，则W取负值；如果外界对系统做功，则W取正值。
如果系统吸收热量，则Q取正值；如果系统放出热量，则Q取负值。
2. 实例- 例如在热机中，燃料燃烧产生热量Q，一部分热量转化为对外做的功W，另一部分热量被废气带走或者用来加热机器本身等，总的能量是守恒的。
- 再如对一定质量的理想气体进行等压膨胀过程，根据W = pΔ V（p是压强，Δ V是体积变化量），气体对外做功W>0，同时根据理想气体状态方程pV = nRT （n是物质的量，R是普适气体常量，T是温度），温度升高，内能Δ U>0，根据Δ U = Q+W，可知系统吸收热量Q=Δ U - W。
3. 意义- 它是自然界普遍的基本定律之一，从本质上表明了各种形式的能量在相互转换过程中的守恒关系，奠定了热力学的基础，也为能量的合理利用和转换提供了理论依据。
二、热力学第二定律1. 克劳修斯表述- 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
这里强调“自发”，如果有外界做功是可以实现热量从低温物体传到高温物体的，例如冰箱制冷，是通过压缩机做功，将热量从低温的冰箱内部传到高温的外部环境。
2. 开尔文表述- 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
例如热机工作时，从高温热源吸收热量Q_1，一部分用来对外做功W，另一部分Q_2要释放到低温热源，不可能将吸收的热量Q_1全部转化为功W而不向低温热源放热。
3. 意义- 它表明了自然界中与热现象有关的宏观过程是有方向性的。
同时也为提高热机效率等实际工程问题提供了理论限制，热机效率eta=(W)/(Q_1)=1 -(Q_2)/(Q_1)，由于Q_2不能为零，所以热机效率总是小于1。
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。
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热力学定律
力学的四大定律简述如下：热力学第一定律——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。
热力学第二定律——能量守恒定律在热学形式的表现。
它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△e（=e末-e初）等于这一体系所吸收的热量q与外界对它所做的功之和，可表示为△e＝w＋q。
热力学第三定律——力学能够可以全部转换成热能，但是热能却无法以非常有限次的实验操作方式全部切换顺利 (热机不容得)。
热力学第四定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。