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熱力學三大定律內容,熱力學第三定律 內容

來源:整理 時間:2023-03-03 06:44:18 編輯:好學習 手機版

1,熱力學第三定律 內容

熱力學第三定律是熱力學的基本理論,它是一個關于低溫現象的定律。由于熱力學定律都是大量實驗與觀察事實的概括,因此對定律的敘述有許多種說法,但各種說法的本質都是相互一致的,且都是等效的。下面來介紹幾種有代表性的說法。第一種說法:當溫度趨近于絕對零度時,凝聚系統(即固體和液體)在可逆定溫過程中熵的變化等于零。第二種說法:當溫度趨近于絕對零度時,凝聚系統的熵的絕對值趨近于零。第三種說法:用任何方法都不能使系統達到絕對零度。
熱力學第三定律是對熵的論述,一般當封閉系統達到穩定平衡時,熵應該為最大值,在任何過程中,熵總是增加,但理想氣體如果是等溫可逆過程熵的變化為零,可是理想氣體實際并不存在,所以現實物質中,即使是等溫可逆過程,系統的熵也在增加,不過增加的少。 在絕對零度,任何完美晶體的熵為零;稱為熱力學第三定律 理論上所能達到的最低溫度,在此溫度下物體沒有內能。把-273.15℃定作熱力學溫標(絕對溫標)的零度,叫做絕對零度(absolute zero)。 熱力學溫標的單位是開爾文(k±)
熱力學第三定律是對熵的論述。1912年瓦爾特·能斯特根據對低溫現象的研究表述為:當溫度趨向于絕對零度時,體系的熵趨向于一個固定的數值,而與其他性質如壓強無關。另一常用表述為:絕對零度不可能達到,不可能用有限個步驟使物體冷卻到絕對零度。熱力學第三定律認為,所有完美結晶物質於絕對溫度零度時(即攝氏-273.15度),熵皆為零。

熱力學第三定律 內容

2,熱力學三大定律詳解

第一定律簡單來說就是能量不會憑空生成。也類似于說能量守恒。 第二定律簡單來說就是能量不會自動做功,也就是說一物體不會自動降溫而做功。否則我們就可以放一個鐵塊在屋外,它自動降溫(由內能轉為電能),夏天有當空調又能發電。“自動降溫而做功”這一設想是不違反第一定律的,但第二定律的限制,使它也成為不可能的時。 第三定律簡單來說就是物質到了絕對0度的時候,內能可以認為是0了。也就是說它不再有任何內能了。
第一定律——系統內能(可以簡單認為是熱能)的變化=內能傳遞和外界對系統做功總和; 第二定律——熱能只可能從高溫傳向低溫,而且過程中必定有損失; 第三定律——不可能達到絕對零度。
熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一。它是關于在有限空間和時間內,一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。1942年法國工程師薩迪·卡諾提出了卡諾定理,德國人克勞修斯(Rudolph Clausius)和法國人開爾文(Lord Kelvin)在熱力學第一定律建立以后重新審查了卡諾定理,意識到卡諾定理必須依據一個新的定理,即熱力學第二定律。他們分別于1850年和1851年提出了克勞修斯表述和開爾文表述。這兩種表述在理念上是相通的。 1。克勞修斯表述:熱不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。即在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉移,而不能由低溫物體自動向高溫物體轉移,也就是說在自然條件下,這個轉變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉過來,只有靠消耗功來實現。2。開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變為有用功而不產生其他影響。 開爾文表述還可以表述成:第二類永動機不可能造成。 永動機是不需外界輸入源、能量便能夠不斷運動的機械。因為熱的本質乃粒子運動時所產生的能量,換言之,沒有外界輸入能源、能量,粒子最終都會慢慢的停頓下來,繼而不再產生熱能。

熱力學三大定律詳解

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熱力學三大定律的本質 一、熱力學第一定律的本質 在組成不變的封閉體系中,若發生了一個微小的可逆變化,則根據熱力學第一定律,體系內能的變化為dU = δQ + δW 由統計熱力學原理可知,獨立粒子體系的內能為U = ∑ni∈i,當封閉體系經歷了一個可逆變化后,內能的變化為 (6-74)上式右邊的第一項∑∈idnI表示能級固定時,由于能級分布數發生改變所引起的內能變化值,第二項∑nid∈I則表示能級分布數固定時,由于能級改變所引起的內能增量。從經典力學原理可知,對于組成不變的封閉體系,內能的改變只能是體系與環境之間通過熱和功的交換來體現。二、熱力學第二定律的本質 由熵的熱力學定義式及式(6-78),得 (6-79)上式就是熱力學第二定律的表達式,它表明可逆過程的熵變與能級分布數的改變有關。而能級分布數的改變以為意味著體系的微觀狀態數發生了改變。熵變是與體系微觀狀態數或熱力學幾率Ω的變化相聯系的。有公式:S = kln Ω+ C (6-83)式中C是積分常數。若Ω=1時,S=0,則上式變成S = klnΩ此即Boltzmann定理的數學表達式。由式可見,熵是體系微觀狀態數的一種量度。微觀狀態數Ω較少的狀態對應于較有序的狀態,反之,Ω值大的狀態對應于較無序的狀態。因此,微觀狀態數Ω的大小反映了體系有序程度的大小,亦即熵是體系有序程度或混亂程度的量度。當Ω=1時,只有一個微觀狀態,體系最為有序,混亂程度為零,熵值為零。基于以上討論,我們可以作如下表述:在孤立體系中,自發變化的方向總是從較有序的狀態向較無序的狀態變化,即從微觀狀態數少的狀態向微觀狀態數多的狀態變化,從熵值小的狀態向熵值大的狀態變化,這就是熱力學第二定律的本質。三、熱力學第三定律的本質 當T→0時,所有粒子都處于基態能級,此時Ω0=1,即把所有粒子放在一個能級上只有一個放法,體系只有一個微觀狀態,因此從玻茲曼定理,即式(6-25)可以得出結論:在0K時物質的熵值為零,即S0 = klnΩ0 = kln1 = 0 上式可以看作是熱力學第三定律的統計表達式,這與熱力學第三定律的表述“在0K時任何純物質的完美晶體的熵值為零”的結論是一致的。

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4,熱力學的三個定律是什么

[編輯本段]熱力學第一定律  熱力學第一定律也就是能量守恒定律。   內容  一個熱力學系統的內能增量等于外界向他傳遞的熱量與外界對他做功的和。(如果一個系統與環境孤立,那么它的內能將不會發生變化。)  表達式:△U=W+Q   符號規律  :熱力學第一定律的數學表達式也適用于物體對外做功,向外界散熱和內能減少的情況,因此在使用:△U=W+Q時,通常有如下規定:  ①外界對系統做功,W>0,即W為正值。  ②系統對外界做功,也就是外界對系統做負功,W<0,即W為負值  ③系統從外界吸收熱量,Q>0,即Q為正值  ④系統從外界放出熱量,Q<0,即Q為負值  ⑤系統內能增加,△U>0,即△U為正值  ⑥系統內能減少,△U<0,即△U為負值   理解  從三方面理解  1.如果單純通過做功來改變物體的內能,內能的變化可以用做功的多少來度量,這時物體內能的增加(或減少)量△U就等于外界對物體(或物體對外界)所做功的數值,即△U=W  2.如果單純通過熱傳遞來改變物體的內能,內能的變化可以用傳遞熱量的多少來度量,這時物體內能的增加(或減少)量△U就等于外界吸收(或對外界放出)熱量Q的數值,即△U=Q  3.在做功和熱傳遞同時存在的過程中,物體內能的變化,則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這種情況下,物體內能的增量△U就等于從外界吸收的熱量Q和對外界做功W之和。即△U=W+Q   能量守恒定律   內容  能量既不能憑空產生,也不能憑空消失,它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到另一個物體。   能量的多樣性  物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷具有電能、原子核內部的運動具有原子能等等,可見,在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應。   不同形式的能量的轉化  “摩擦生熱”是通過克服摩擦力做功將機械能轉化為內能;水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起,表明內能轉化為機械能;電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能。。。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉化,且這一轉化過程是通過做功來完成的。   能量守恒的意義  1.能的轉化與守恒是分析解決問題的一個極為重要的方法,它比機械能守恒定律更普遍。例如物體在空中下落受到阻力時,物體的機械能不守恒,但包括內能在內的總能量守恒。  2.能量守恒定律是19世紀自然科學中三大發現之一,也莊重宣告了另一類永動機幻想的徹底破滅。  3.能量守恒定律是認識自然、改造自然的有力武器,這個定律將廣泛的自然科學技術領域聯系起來。   第一類永動機(不可能制成)  不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器。  其不可能存在,因為違背的能量守恒定律 [編輯本段]熱力學第二定律  熱力學第二定律有幾種表述方式:      克勞修斯表述   熱量可以自發地從較熱的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發地從較冷的物體傳遞到較熱的物;    開爾文-普朗克表述   不可能從單一熱源吸取熱量,并將這熱量變為功,而不產生其他影響。    熵表述   隨時間進行,一個孤立體系中的熵總是不會減少。    關系  熱力學第二定律的兩種表述(前2種)看上去似乎沒什么關系,然而實際上他們是等效的,即由其中一個,可以推導出另一個。   意義  熱力學第二定律的每一種表述,揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性,使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。   微觀意義  一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。  第二類永動機(不可能制成)  只從單一熱源吸收熱量,使之完全變為有用的功而不引起其他變化的熱機。  ∵第二類永動機效率為100%,雖然它不違法能量守恒定律,但大量事實證明,在任何情況下,熱機都不可能只有一個熱源,熱機要不斷地把吸取的熱量變成有用的功,就不可避免地將一部分熱量傳給低溫物體,因此效率不會達到100%。第二類永動機違法了熱力學第二定律。 [編輯本段]熱力學第三定律  熱力學第三定律通常表述為絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零。 或者絕對零度(T=0K)不可達到。  R.H.否勒和E.A.古根海姆還提出熱力學第三定律的另一種表述形式:任何系統都不能通過有限的步驟使自身溫度降低到0k,稱為0K不能達到原理。 [編輯本段]另外   熱力學第零定律  熱力學第零定律:如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處于熱平衡,那么它們也必定處于熱平衡 。
熱力學三大定律的本質 一、熱力學第一定律的本質 在組成不變的封閉體系中,若發生了一個微小的可逆變化,則根據熱力學第一定律,體系內能的變化為dU = δQ + δW 由統計熱力學原理可知,獨立粒子體系的內能為U = ∑ni∈i,當封閉體系經歷了一個可逆變化后,內能的變化為 (6-74)上式右邊的第一項∑∈idnI表示能級固定時,由于能級分布數發生改變所引起的內能變化值,第二項∑nid∈I則表示能級分布數固定時,由于能級改變所引起的內能增量。從經典力學原理可知,對于組成不變的封閉體系,內能的改變只能是體系與環境之間通過熱和功的交換來體現。二、熱力學第二定律的本質 由熵的熱力學定義式及式(6-78),得 (6-79)上式就是熱力學第二定律的表達式,它表明可逆過程的熵變與能級分布數的改變有關。而能級分布數的改變以為意味著體系的微觀狀態數發生了改變。熵變是與體系微觀狀態數或熱力學幾率Ω的變化相聯系的。有公式:S = kln Ω+ C (6-83)式中C是積分常數。若Ω=1時,S=0,則上式變成S = klnΩ此即Boltzmann定理的數學表達式。由式可見,熵是體系微觀狀態數的一種量度。微觀狀態數Ω較少的狀態對應于較有序的狀態,反之,Ω值大的狀態對應于較無序的狀態。因此,微觀狀態數Ω的大小反映了體系有序程度的大小,亦即熵是體系有序程度或混亂程度的量度。當Ω=1時,只有一個微觀狀態,體系最為有序,混亂程度為零,熵值為零。基于以上討論,我們可以作如下表述:在孤立體系中,自發變化的方向總是從較有序的狀態向較無序的狀態變化,即從微觀狀態數少的狀態向微觀狀態數多的狀態變化,從熵值小的狀態向熵值大的狀態變化,這就是熱力學第二定律的本質。三、熱力學第三定律的本質 當T→0時,所有粒子都處于基態能級,此時Ω0=1,即把所有粒子放在一個能級上只有一個放法,體系只有一個微觀狀態,因此從玻茲曼定理,即式(6-25)可以得出結論:在0K時物質的熵值為零,即S0 = klnΩ0 = kln1 = 0 上式可以看作是熱力學第三定律的統計表達式,這與熱力學第三定律的表述“在0K時任何純物質的完美晶體的熵值為零”的結論是一致的。
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