热学：热力学定律
蜗牛谈原理2020-03-03 00:03
一、热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式
做功和热传递是改变物体内能的两种方式。做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。但从能量的转化和守恒的观点来看是有区别的：做功的过程是其他形式的能量和内能之间相互转化的过程，功是能量转化的量度；热传递是内能的转移，热量是内能转移的量度。
外界对物体做功，物体内能增大2.热力学第一定律内容
一个热力学系统的内能增量ΔU等于外界向它传递的热量Q与外界对它所做的功W的和。其数学表达式为：ΔU＝Q＋W。
3.热力学第一定律的应用
热力学第一定律的表达式：ΔU＝W＋Q，揭示了能量的转化和守恒定律，在实际中具有很广泛的应用。在运用ΔU＝W＋Q分析问题时，首先必须理解表达式的物理意义，掌握它的符号法则：
①.外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。
②.物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。
③.物体内能增加，ΔU取正值；物体内能减少，ΔU取负值。如果事先不便确定其正负，可以先假定它为正，在定量计算出结果后再作出判断。若大于零，说明与原假定的相同，若小于零则相反。必须指出的是，一般来说，系统对外界做功，表现出系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩。但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功。另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能量的转化与守恒。
北方冬天取暖炕原理——热量的传递4.应用热力学第一定律解题
1.确定研究对象，就是要明确发生内能变化的是哪一个物体或哪一个热力学系统。
2.定性分析研究对象的内能变化是由外界哪些物体或系统通过哪些过程引起的。
3.根据符号法则，确定ΔU、Q、W的正负号，代入公式ΔU＝W＋Q进行计算。
二、热力学第二定律
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律是热力学第二定律。
1.热力学第二定律的两种表述
①.不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)；
②.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化(按机械能和内能转化过程的方向性表述)。
2.对热力学第二定律的理解
热力学第二定律的两种表述都有“而不引起其他变化”，这是我们理解这一定律的关键。这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向不会自发进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界帮助，因而产生了其他影响或引起其他变化。也就是说在引起了其他变化的情况下，热量也可以从低温物体传到高温物体。
3.与热力学第一定律的区别
物质的状态与温度直接有关热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础。热力学第一定律是跟热现象有关的物理过程中能量守恒定律的特殊表达形式，它说明功、热量与内能改变之间的定量关系。指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失。
热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，它说明一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的。热力学第二定律解决哪些过程可以发生，揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程的不可逆性，是对热力学第一定律的进一步补充。
三、热力学第三定律与永动机
1.热力学第三定律
①.内容：热力学零度(T＝0k)不可能达到。
②.热力学温度T与摄氏温度t的关系：T＝t＋273.15 K。
2.永动机
第一类永动机①.第一类永动机
a.概念：不消耗能量而能对外做功的机器。
b.结果：无一例外地归于失败。
c.原因：违背了能量的转化和守恒定律。
2.第二类永动机
①.定义：只是从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机。
②.第二类永动机不可能制成，因为热机的效率不可能达到100%。
3.能量耗散
第二类永动机自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫作能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。
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