热力学定律

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热力学定律是描述物理学中热学规律的定律,包括热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。其中热力学第零定律又叫热平衡定律,这是因为热力学第一、第二定律发现后才认识到这一规律的重要性;热力学第一定律即能量守恒定律;热力学第二定律有多种表述,也叫熵增加原理。
中文名
热力学定律
表达式
dQ=dU+dA
提出者
范霍夫
应用学科
化学动力学

热力学定律发现理论

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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,获第一个诺贝尔化学奖。
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年诺贝尔化学奖。
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年获诺贝尔化学奖。
1950年代,普利戈金提出了著名的耗散结构理论。1977年,他因此获诺贝尔化学奖。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。[1] 

热力学定律定律

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热力学定律第一定律

基本内容
能量是永恒的,他不会被谁制造出来,也不会被谁消灭。但是热能可以给动能提供动力,而动能还能够再转化成热能。
普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。
表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律,系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后,内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外,还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z,则应为ΔU=Q-A+Z。当然,上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。
热力学第一定律的微分表达式
dQ=dU+dA因U是态函数,dU是全微分;Q、A是过程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符号d以示区别。又因ΔU或dU只涉及初、终态,只要求系统初、终态是平衡态,与中间状态是否平衡态无关。
热力学第一定律的另一种表述是:第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器,是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然,第一类永动机违背了能量守恒定律。

热力学定律第二定律

热永远只能由热处传到冷处(在自然状态下)。[2] 
熵及熵增原理
克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念(S=Q/T),而后波尔兹曼又从微观角度提出熵概念(S=klnW),其两者是相通的,近代的普里戈金提出了耗散结构理论,将熵理论中引进了熵流的概念,阐述了系统内如果流出的熵流(dSe)大于熵产生(dSi)时,可以导致系统内熵减少,即dS=dSi+ dSe<0,这种情形应称为相对熵减。但是,若把系统内外一并考察仍然服从熵增原理。
熵增原理最经典的表述是:“绝热系统的熵永不减少”,近代人们又把这个表述推广为“在孤立系统内,任何变化不可能导致熵的减少”。熵增原理如同能量守恒定律一样,要求每时每刻都成立。关于系统有四种说法,分别叫孤立、封闭、开放和绝热系统,孤立系统是指那些与外界环境既没有物质也没有能量交换的系统,或者是系统内部以及与之有联系的外部两者总和,封闭系统是指那些与外界环境有能量交换,但没有物质交换的系统,开放系统是指与外界既有能量又有物质交换的系统,而绝热系统是指既没有粒子交换也没有热能交换,但有非热能如电能、机械能等的交换。

热力学定律第三定律

你无法在低于-273.15摄氏度的温度下变得更冷——这一温度被称为绝对零度。科学家们说,当温度处在这个温度时,就没有温度了。
第二定律告诉我们,得有温度更低的东西才能使热量转移,所以,在绝对零度,你不能让任何东西变得更冷。
热力学第三定律:纯物质,完美晶体,0K时的熵为零,即:
S*(0K,完美晶体)=0

热力学定律第零定律

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。
参考资料
  • 1.    热力学定律  .网站[引用日期2016-04-4]
  • 2.    (英国)尼克 阿诺德 .可怕的科学 能量怪物.北京:北京少年儿童出版社,2010
词条标签:
科技术语 科学 理学