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熱力學三大定律內(nèi)容,熱力學第三定律 內(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(zhì)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(tǒng)(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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)達到穩(wěn)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(xiàn)實物質(zhì)中,即使是等溫可逆過程,系統(tǒng)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(nèi)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(jù)對低溫現(xiàn)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(shù)值,而與其他性質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)能轉為電能),夏天有當空調(diào)又能發(fā)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(zhì)到了絕對0度的時候,內(nèi)能可以認為是0了。也就是說它不再有任何內(nèi)能了。
第一定律——系統(tǒng)內(nèi)能(可以簡單認為是熱能)的變化=內(nèi)能傳遞和外界對系統(tǒng)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(nèi),一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經(jīng)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(jù)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(fā)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(xiàn)。2。開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)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(zhì)乃粒子運動時所產(chǎn)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(chǎn)生熱能。

熱力學三大定律詳解

3,關于熱力學三大定律那三個定律的內(nèi)容時間長了給忘了

熱力學三大定律的本質(zhì) 一、熱力學第一定律的本質(zhì) 在組成不變的封閉體系中,若發(fā)生了一個微小的可逆變化,則根據(jù)熱力學第一定律,體系內(nèi)能的變化為dU = δQ + δW 由統(tǒng)計熱力學原理可知,獨立粒子體系的內(nèi)能為U = ∑ni∈i,當封閉體系經(jīng)歷了一個可逆變化后,內(nèi)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(shù)發(fā)生改變所引起的內(nèi)能變化值,第二項∑nid∈I則表示能級分布數(shù)固定時,由于能級改變所引起的內(nèi)能增量。從經(jīng)典力學原理可知,對于組成不變的封閉體系,內(nèi)能的改變只能是體系與環(huán)境之間通過熱和功的交換來體現(xiàn)。二、熱力學第二定律的本質(zhì) 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(shù)的改變有關。而能級分布數(shù)的改變以為意味著體系的微觀狀態(tài)數(shù)發(fā)生了改變。熵變是與體系微觀狀態(tài)數(shù)或熱力學幾率Ω的變化相聯(lián)系的。有公式:S = kln Ω+ C (6-83)式中C是積分常數(shù)。若Ω=1時,S=0,則上式變成S = klnΩ此即Boltzmann定理的數(shù)學表達式。由式可見,熵是體系微觀狀態(tài)數(shù)的一種量度。微觀狀態(tài)數(shù)Ω較少的狀態(tài)對應于較有序的狀態(tài),反之,Ω值大的狀態(tài)對應于較無序的狀態(tài)。因此,微觀狀態(tài)數(shù)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(tài),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(fā)變化的方向總是從較有序的狀態(tài)向較無序的狀態(tài)變化,即從微觀狀態(tài)數(shù)少的狀態(tài)向微觀狀態(tài)數(shù)多的狀態(tài)變化,從熵值小的狀態(tài)向熵值大的狀態(tài)變化,這就是熱力學第二定律的本質(zhì)。三、熱力學第三定律的本質(zhì) 當T→0時,所有粒子都處于基態(tài)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(tài),因此從玻茲曼定理,即式(6-25)可以得出結論:在0K時物質(zhì)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(tǒng)計表達式,這與熱力學第三定律的表述“在0K時任何純物質(zhì)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(nèi)容  一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)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(tǒng)與環(huán)境孤立,那么它的內(nèi)能將不會發(fā)生變化。)  表達式:△U=W+Q   符號規(guī)律  :熱力學第一定律的數(shù)學表達式也適用于物體對外做功,向外界散熱和內(nèi)能減少的情況,因此在使用:△U=W+Q時,通常有如下規(guī)定:  ①外界對系統(tǒng)做功,W>0,即W為正值。  ②系統(tǒng)對外界做功,也就是外界對系統(tǒng)做負功,W<0,即W為負值  ③系統(tǒng)從外界吸收熱量,Q>0,即Q為正值  ④系統(tǒng)從外界放出熱量,Q<0,即Q為負值  ⑤系統(tǒng)內(nèi)能增加,△U>0,即△U為正值  ⑥系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)能,內(nèi)能的變化可以用做功的多少來度量,這時物體內(nèi)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(shù)值,即△U=W  2.如果單純通過熱傳遞來改變物體的內(nèi)能,內(nèi)能的變化可以用傳遞熱量的多少來度量,這時物體內(nèi)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(shù)值,即△U=Q  3.在做功和熱傳遞同時存在的過程中,物體內(nèi)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(nèi)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(nèi)容  能量既不能憑空產(chǎn)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(nèi)能、電荷具有電能、原子核內(nèi)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(nèi)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(nèi)能轉化為機械能;電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內(nèi)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(nèi)能在內(nèi)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(fā)現(xiàn)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(lián)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(fā)地從較熱的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發(fā)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?yōu)楣Γ划a(chǎn)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(xiàn)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?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C。  ∵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(zhì)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(tǒng)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(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)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(zhì) 一、熱力學第一定律的本質(zhì) 在組成不變的封閉體系中,若發(fā)生了一個微小的可逆變化,則根據(jù)熱力學第一定律,體系內(nèi)能的變化為dU = δQ + δW 由統(tǒng)計熱力學原理可知,獨立粒子體系的內(nèi)能為U = ∑ni∈i,當封閉體系經(jīng)歷了一個可逆變化后,內(nèi)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(shù)發(fā)生改變所引起的內(nèi)能變化值,第二項∑nid∈I則表示能級分布數(shù)固定時,由于能級改變所引起的內(nèi)能增量。從經(jīng)典力學原理可知,對于組成不變的封閉體系,內(nèi)能的改變只能是體系與環(huán)境之間通過熱和功的交換來體現(xiàn)。二、熱力學第二定律的本質(zhì) 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(shù)的改變有關。而能級分布數(shù)的改變以為意味著體系的微觀狀態(tài)數(shù)發(fā)生了改變。熵變是與體系微觀狀態(tài)數(shù)或熱力學幾率Ω的變化相聯(lián)系的。有公式:S = kln Ω+ C (6-83)式中C是積分常數(shù)。若Ω=1時,S=0,則上式變成S = klnΩ此即Boltzmann定理的數(shù)學表達式。由式可見,熵是體系微觀狀態(tài)數(shù)的一種量度。微觀狀態(tài)數(shù)Ω較少的狀態(tài)對應于較有序的狀態(tài),反之,Ω值大的狀態(tài)對應于較無序的狀態(tài)。因此,微觀狀態(tài)數(shù)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(tài),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(fā)變化的方向總是從較有序的狀態(tài)向較無序的狀態(tài)變化,即從微觀狀態(tài)數(shù)少的狀態(tài)向微觀狀態(tài)數(shù)多的狀態(tài)變化,從熵值小的狀態(tài)向熵值大的狀態(tài)變化,這就是熱力學第二定律的本質(zhì)。三、熱力學第三定律的本質(zhì) 當T→0時,所有粒子都處于基態(tài)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(tài),因此從玻茲曼定理,即式(6-25)可以得出結論:在0K時物質(zhì)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(tǒng)計表達式,這與熱力學第三定律的表述“在0K時任何純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零”的結論是一致的。
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