热力学的三个定律是什么?
[编辑本段]热力学第一定律 热力学第一定律也就是能量守恒定律.
内容
一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和.(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化.)
表达式:△U=W+Q
符号规律
:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用:△U=W+Q时,通常有如下规定:
①外界对系统做功,W>0,即W为正值.
②系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W0,即Q为正值
④系统从外界放出热量,Q0,即△U为正值
⑥系统内能减少,△U
一、热力学第一定律的本质
在组成不变的封闭体系中,若发生了一个微小的可逆变化,则根据热力学第一定律,体系内能的变化为
dU = δQ + δW
由统计热力学原理可知,独立粒子体系的内能为U = ∑ni∈i,当封闭体系经历了一个可逆变化后,内能的变化为
(6-74)
上式右边的第一项∑∈idnI表示能级固定时,由于能级分布数发生改变所引起的内能变化值,第二项∑nid∈I则表示能级分布数固定时,由于能级改变所引起的内能增量。从经典力学原理可知,对于组成不变的封闭体系,内能的改变只能是体系与环境之间通过热和功的交换来体现。
二、热力学第二定律的本质
由熵的热力学定义式及式(6-78),得
(6-79)
上式就是热力学第二定律的表达式,它表明可逆过程的熵变与能级分布数的改变有关。而能级分布数的改变以为意味着体系的微观状态数发生了改变。
熵变是与体系微观状态数或热力学几率Ω的变化相联系的。有公式:
S = kln Ω+ C (6-83)
式中C是积分常数。若Ω=1时,S=0,则上式变成
S = klnΩ
此即Boltzmann定理的数学表达式。由式可见,熵是体系微观状态数的一种量度。微观状态数Ω较少的状态对应于较有序的状态,反之,Ω值大的状态对应于较无序的状态。因此,微观状态数Ω的大小反映了体系有序程度的大小,亦即熵是体系有序程度或混乱程度的量度。当Ω=1时,只有一个微观状态,体系最为有序,混乱程度为零,熵值为零。基于以上讨论,我们可以作如下表述:在孤立体系中,自发变化的方向总是从较有序的状态向较无序的状态变化,即从微观状态数少的状态向微观状态数多的状态变化,从熵值小的状态向熵值大的状态变化,这就是热力学第二定律的本质。
三、热力学第三定律的本质
当T→0时,所有粒子都处于基态能级,此时Ω0=1,即把所有粒子放在一个能级上只有一个放法,体系只有一个微观状态,因此从玻兹曼定理,即式(6-25)可以得出结论:在0K时物质的熵值为零,即
S0 = klnΩ0 = kln1 = 0
上式可以看作是热力学第三定律的统计表达式,这与热力学第三定律的表述“在0K时任何纯物质的完美晶体的熵值为零”的结论是一致的。
[编辑本段]热力学第一定律 热力学第一定律也就是能量守恒定律。
内容
一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和。(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化。)
表达式:△U=W+Q
符号规律
:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用:△U=W+Q时,通常有如下规定:
①外界对系统做功,W>0,即W为正值。
②系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W<0,即W为负值
③系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值
④系统从外界放出热量,Q<0,即Q为负值
⑤系统内能增加,△U>0,即△U为正值
⑥系统内能减少,△U<0,即△U为负值
理解
从三方面理解
1.如果单纯通过做功来改变物体的内能,内能的变化可以用做功的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界对物体(或物体对外界)所做功的数值,即△U=W
2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能,内能的变化可以用传递热量的多少来度量,这时物体内能的增加(或减少)量△U就等于外界吸收(或对外界放出)热量Q的数值,即△U=Q
3.在做功和热传递同时存在的过程中,物体内能的变化,则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下,物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q
能量守恒定律
内容
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。
能量的多样性
物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等,可见,在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
不同形式的能量的转化
“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且这一转化过程是通过做功来完成的。
能量守恒的意义
1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法,它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时,物体的机械能不守恒,但包括内能在内的总能量守恒。
2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一,也庄重宣告了另一类永动机幻想的彻底破灭。
3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器,这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。
第一类永动机(不可能制成)
不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。
其不可能存在,因为违背的能量守恒定律 [编辑本段]热力学第二定律 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%,虽然它不违法能量守恒定律,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%。第二类永动机违法了热力学第二定律。 [编辑本段]热力学第三定律 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。 [编辑本段]另外 热力学第零定律
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 。
牛顿的三大定律是什么??
而F=d(mv)\/dt依然使用。由实验可得在加速度一定的情况下F与m成正比,在质量一定的情况下F与a成正比(只有当F以N,m以kg,a以m\/s^2为单位时,F合=ma成立)3)第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一直线上,大小相等,方向相反。(详见牛顿第三运动定律)表达式:F=-F'...
牛顿的力学三大定律分别是哪三个
牛顿第二运动定律:物体的加速度跟物体所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。也就是公式,F合=ma(这是高中学的)而,牛顿发表的原始公式:F=d(mv)\/dt,即微分形式。对时间求积分可以得到动量定理。牛顿第三运动定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一...
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牛顿三定律分别是什么?
对于任何力的作用,总有另一个力与之相对应。牛顿三定律是经典力学的基础,它们描述了物体运动与力之间的关系,为后续的物理学研究提供了重要的理论基础。从牛顿第一定律到第三定律,逐步揭示了物体在受力作用下的运动规律及其内在机制,为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。
牛顿三大定律分别是什么?
在相对论中F=ma是不成立的,因为质量随速度改变,而F=d(mv)\/dt依然可以使用。由实验可得,在加速度一定的情况下F∝m,在质量一定的情况下F∝a,只有当F以N,m以kg,a以m\/s2为单位时,F合=ma才成立。3、牛顿第三运动定律 两个物体之间的作用力和反作用力,在同一直线上,大小相等,方向相反。
牛顿三大定律
3、牛顿第三定律。当两个物体相互作用于对方时,彼此施加于对方的力,其大小相等、方向相反(作用力与反作用力)。牛顿第三定律表明,当两个物体相互作用时,彼此施加于对方的力,其大小相等、方向相反。根据第三定律,力是物体与物体之间的相互作用,力必会成双结对地出现,其中一道力称为“作用力”,...
物理三大守恒定律是什么?守恒的条件又分别是什么??
二、动量守恒定律 一个系统不受外力或合外力为零,该系统的动量保持不变。即Δp1=-Δp2 适用范围:1、系统不受外力 2、系统受外力,但外力和为零 3、系统受外力,但内力远大于外力,如碰撞、爆炸 4、系统受外力且合外力不为零,但某一方向上合外力为零,则该方向上动量守恒 三、角动量守恒定律...
牛顿第一二三定律分别是什么?
3、牛顿第三运动定律 牛顿第三运动定律的常见表述是:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第三运动定律和第一、第二定律共同组成了牛顿运动定律,阐述了经典力学中基本的运动...
牛顿三大定律是什么?
因此在作自由落体时,在相同的时间间隔中,它们的速度改变是相同的。3.牛顿第三定律 内容:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。说明:要改变一个物体的运动状态,必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的。
经典力学三大定律是什么?
3.牛顿第三定律 内容:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。说明:要改变一个物体的运动状态,必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的,有作用必有反作用力。它们是作用在同一条直线上,大小相等,方向相反。 采...
须纯重组:[答案] [编辑本段]热力学第一定律热力学第一定律也就是能量守恒定律. 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和.(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化.) 表达式:△U=W+Q 符号规律 :热力学...
栖霞市19121574952: 简述热力学三大定律 - ?
须纯重组:[答案] 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 .热力学第一定律:也就是能量守恒定律,如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化.热力学第二定律...
栖霞市19121574952: 热力学第零、一、二、三定律分别是什么? - ?
须纯重组:[答案] 热力学第零定律的语言表述是: 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. 热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系,它引进了系统的态函数——内能.热力学第一定律也可以表述...
栖霞市19121574952: 阐述热力学三大定律的区别是什么 - ?
须纯重组: 热力学三大定律分别是:1、热力学第一定律: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.2、热力学第二定律:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零.3、热力学第三定律:热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值.
栖霞市19121574952: 热力学三大定律的定义是什么?哪位物理大师赐教赐教. - ?
须纯重组:[答案] 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 热力学第一定律:如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化.引申得到,体系的内能变化等于它从环境吸收的热量与环...
栖霞市19121574952: 简述热力学三大定律 - ?
须纯重组: 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 . 热力学第一定律:也就是能量守恒定律,如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化. 热力学第二定律有几种表述方式: (前两种比较常见) 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; 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. 随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少. 热力学第三定律:绝对零度不可达到.
栖霞市19121574952: 热力学定律 - ?
须纯重组: 热力学第一定律W+Q=ΔU{(做功和热传递,这两种改变物体内能的方式,在效果上是等效的), 热力学第二定律 :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 第三定律:热力学零度不可达到
栖霞市19121574952: 简述热力学三大定律(第一,第二,第三定律)的建立过程 - ?
须纯重组:[答案] 热力学第一定律也就是能量守恒定律.内容一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和.(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化.) 表达式:△U=W+Q符号规律:热力学第一定律的数学表达式也适用...
栖霞市19121574952: 大学物理热力学三定律分别表示了什么? - ?
须纯重组:[答案] 通俗的可以这样想: 第一定律说了内能,热,功的关系 第二定律说以上三者不能单纯的转换,如果单纯的循环转换,就可以制成永动机了,所以说在转换过程中会有一部分能量引起另外的变化 第三定律说是对熵的论述,熵就是体系的混乱程度,第...