熱力學(xué)三大定律的適用范圍(熱力學(xué)三大定律的應(yīng)用)

#頭頭創(chuàng)造挑戰(zhàn)#分享給大家【高中物理】熱力學(xué)三大定律總結(jié)！給大家平時考試及高考時做題提供思路，希望對大家有所幫助。

熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律。

熱力學(xué)第二定律有幾種表達(dá)方式：克勞修斯表示，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞到低溫物體。高溫物體；開爾文-普朗克指出，不可能從單一熱源吸收熱量并將這種熱量完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他效應(yīng)。以及熵增的表達(dá)式：孤立系統(tǒng)的熵永不減小。

熱力學(xué)第三定律通常表示為絕對零度時，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零，或者絕對零度（T=0）不可達(dá)到。

第一定律

熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律。自從焦耳用無可辯駁的、精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了機(jī)械能、電能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)換滿足守恒定律以來，人們就相信能量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律。

內(nèi)容一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能U增量等于外界向它傳遞的熱量Q與外界對它做功A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。）

符號規(guī)律

熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式也適用于物體對外做功、向外界散熱、減少內(nèi)能的情況。因此，在使用：E=-W+Q時，通常有以下規(guī)定：

外界對系統(tǒng)確實(shí)做功，A0，即W為正值。系統(tǒng)對外界確實(shí)做功，A0，即W為負(fù)值。

系統(tǒng)從外界吸收熱量，Q0，即Q為正值

系統(tǒng)向外界釋放熱量，Q0，即Q為負(fù)值

系統(tǒng)內(nèi)能增加，U0，即U為正值

系統(tǒng)內(nèi)能減少，U0，即U為負(fù)值理解

從三個方面來理解

1.如果物體的內(nèi)能僅通過做功而改變，則內(nèi)能的變化可以通過做功的量來測量。此時，系統(tǒng)內(nèi)能的增加（或減少）量U就等于外部環(huán)境對物體（或物體對外部世界）所做的功的值，即U=A2.如果物體的內(nèi)能僅通過熱傳遞而改變，則內(nèi)能的變化可以通過傳遞的熱量來測量。此時，系統(tǒng)內(nèi)能的增加（或減少）量U等于外界吸收（或向外釋放）的熱量Q的值，即U=Q

3、在做功和傳熱并存的過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的變化是由做功和傳遞的熱量共同決定的。此時，系統(tǒng)內(nèi)能的增量U等于從外界吸收的熱量Q與外界對系統(tǒng)所做的功A之和。即U=A+Q

能量守恒定律

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(zhuǎn)換為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一種物體。在傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，能量總量保持不變。

能量的多樣性

物體的運(yùn)動有機(jī)械能，分子的運(yùn)動有內(nèi)能，電荷有電能，原子核內(nèi)部的運(yùn)動有原子能等等?？梢姡匀唤缰胁煌哪芰啃问綄?yīng)著不同的運(yùn)動形式。

不同形式的能量轉(zhuǎn)化

“摩擦生熱”是機(jī)械能克服摩擦做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；當(dāng)水壺里的水沸騰時，水蒸氣對壺蓋做功，將壺蓋抬起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲所做的功可以將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這些例子說明，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，而這個轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的。

能量守恒的意義

1、能量的轉(zhuǎn)換和守恒是分析和解決問題極其重要的方法。它比機(jī)械能守恒定律更常見。例如，當(dāng)物體在空氣中下落并遇到阻力時，物體的機(jī)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(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。也鄭重宣告第一類永動機(jī)的幻想徹底破滅。

3、能量守恒定律是認(rèn)識和改造自然的有力武器。該定律連接了廣泛的自然科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。

第一類永動機(jī)

第一類永動機(jī)是不消耗任何能量但能連續(xù)對外做功的機(jī)器。它不可能存在，因?yàn)樗`反了能量守恒定律

第二定律

有幾種表達(dá)方式：

克勞修斯的說法熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到較冷的物體，但不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體；開爾文-普朗克的說法不可能將熱量從單一的熱源吸收熱量并將此熱量完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他效應(yīng)。

關(guān)系熱力學(xué)第二定律的兩種表述（前2種）看上去似乎沒什么關(guān)系，然而實(shí)際上他們是等效的，即由其中一個，可以推導(dǎo)出另一個。

意義熱力學(xué)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(rèn)識到自然界中進(jìn)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(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。

2型永動機(jī)（不可能制造）

只從單一熱源吸收熱量并將其完全轉(zhuǎn)化為有用功而不引起其他變化的熱機(jī)。第二類永動機(jī)的效率為100%。雖然并不違反能量守恒定律，但大量事實(shí)證明，在任何情況下，熱機(jī)都不可能只有一個熱源。熱機(jī)必須不斷地將吸收的熱量轉(zhuǎn)化為有用功。它不可避免地會將部分熱量傳遞給低溫物體，因此效率不會達(dá)到100%。第二種永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律。

第三定律

熱力學(xué)第三定律通常指出，在絕對零時，任何純物質(zhì)的完美晶體的熵為零。或者無法達(dá)到絕對零（T=0K或-273.15）。

R.H.富勒和E.A.古根海姆還提出了熱力學(xué)第三定律的另一種表達(dá)方式：沒有一個系統(tǒng)能夠通過有限步將其溫度降低到0K，這被稱為0K失效原理。

第零定律

熱力學(xué)第零定律：如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，那么它們也必須處于熱平衡。也就是說，熱平衡是傳遞的。

熱力學(xué)第零定律是熱力學(xué)三定律的基礎(chǔ)，它定義了溫度。