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(shí)考試及高考時(shí)做題提供思路，希望對(duì)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(duì)零度時(shí)，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零，或者絕對(duì)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(wú)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(lái)，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(gè)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(duì)它做功A的和。（如果一個(gè)系統(tǒng)與環(huán)境孤立，那么它的內(nèi)能將不會(huì)發(fā)生變化。）

符號(hào)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(duì)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(shí)，通常有以下規(guī)定：

外界對(duì)系統(tǒng)確實(shí)做功，A0，即W為正值。系統(tǒng)對(duì)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(gè)方面來(lái)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(lái)測(cè)量。此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能的增加（或減少）量U就等于外部環(huán)境對(duì)物體（或物體對(duì)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(lái)測(cè)量。此時(shí)，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(shí)，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(duì)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(gè)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(dòng)有機(jī)械能，分子的運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，電荷有電能，原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)有原子能等等?？梢?，自然界中不同的能量形式對(duì)應(yīng)著不同的運(yùn)動(dòng)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(shí)，水蒸氣對(duì)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(shuō)明，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，而這個(gè)轉(zhuǎn)化過程是通過做功來(lái)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(shí)，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(dòng)機(jī)的幻想徹底破滅。

3、能量守恒定律是認(rèn)識(shí)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(dòng)機(jī)

第一類永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量但能連續(xù)對(duì)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(shuō)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(shuō)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(gè)，可以推導(dǎo)出另一個(gè)。

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(shí)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(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。

2型永動(dòng)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(dòng)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(gè)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(huì)將部分熱量傳遞給低溫物體，因此效率不會(huì)達(dá)到100%。第二種永動(dòng)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(duì)零時(shí)，任何純物質(zhì)的完美晶體的熵為零?；蛘邿o(wú)法達(dá)到絕對(duì)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(gè)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(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)與第三個(gè)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(shuō)，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。