热力学定律
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热力学定律I-' -'基础知识归纳一、功和内能1、绝热过程:系统只由于外界对它做功而与外界交换能量,它不从外界吸热也不向外界放热2、要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态决定而与做功的方式无关.二、内能1、内能概念:任何一个热力学系统都存在一个依赖系统自身状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差值等于外界在绝热过程中对系统所做的功,我们把这个物理量称为系统的内能.2、在绝热过程中做功与内能的变化关系:A U = W、热和内能1、热传递:热量从高温物体传到低温物体的过程.2、关系描述:热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.3、公式表达:AU = Q四、功和内能的关系1、内能与内能的变化的关系(1)物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和•在微观上由分子数和分子热运动激烈程度及相互作用力决定,宏观上体现为物体温度和体积,因此物体的内能是一个状态量.(2)当物体温度变化时,分子热运动激烈程度发生改变,分子平均动能变化•物体体积变化时,分子间距离变化,分子势能发生变化,因此物体的内能变化只由初、末状态决定, 与中间过程及方式无关.2、做功与内能的变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程.(2)在绝热过程中,外界对物体做多少功,就有多少其他形式的能转化为内能,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,就有多少内能转化为其他形式的能,物体的内能就减少多少.3、功和内能的区别(1)功是过程量,内能是状态量.(2)在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化.(3)物体的内能大,并不意味着做功多.在绝热过程中,只有内能变化较大时,对应着做功较多.五、“温度”、“热量”、“功”、“内能”的辨析1、内能和温度从宏观看,温度表示的是物体的冷热程度;从微观看,温度反映了分子热运动的剧烈程度,是分子平均动能的标志•物体的温度升高,其内能一定增加•但物体吸收热量内能增加时,温度却不一定升高.2、内能和热量(1)热量的概念在涉及能量传递时才有意义.我们不能说一个物体具有多少热量,只能说在传热过程中物体吸收或放出了多少热量.(2)在单纯传热的过程中,物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能减小,热量是内能改变的量度.3、热量和做功(1 )热量和功,都是系统内能变化的量度,都是过程量,一定量的热量还与一定量的功相当,热量可以通过系统转化为功,功也可以通过系统过程转化为热量,但它们之间有着本质的区别.(2)用做功来改变系统的内能,是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程.(3)用传热来改变系统的内能,是系统间内能转移的过程.六、热力学第一定律1、内容:一个物体,如果跟外界同时发生做功和热传递的过程物体内能的增加为U=W+Q,即一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和。
热力学中的四大定律与应用热力学是研究热能和物质转移的科学,是物理学中的一个重要分支。
在热力学中,有四大定律,它们是热力学理论体系的基础,是研究物质在热力学过程中的基本规律。
这四大定律不仅在科学研究中有着广泛的应用,同时也对我们的生活产生着重要影响。
第一定律:能量守恒定律热力学第一定律也称能量守恒定律,它是热力学的基本定律之一。
该定律表明,在一个系统内,能量不会被创建,也不会被破坏,只会从一种形式转换为另一种形式。
换句话说,系统内的能量总量是不变的。
该定律的应用比较广泛,例如在能源的利用和管理上,我们常常需要设计一些能量转换装置,如汽车引擎、火力发电厂、核电站等。
在设计这些设备时,必须保证能量输入等于输出,以符合热力学第一定律的要求。
第二定律:熵增定律热力学第二定律也称熵增定律,它是热力学的重要定律之一。
该定律排除了一切永动机和技术上不可行的热能转换过程。
它规定了热量只能从高温向低温流动。
热流只能由低温物体吸收高温物体的热量,随后再向低温物体散发热量。
因此,热能转换过程中总是会有些热量被浪费掉。
应用方面,热力学第二定律对我们的生活也产生了重要的影响。
例如,在节能环保方面,我们需要像冰箱、空调等家电的设计上增加密封措施和制冷技术的改进,以提高能源利用效率、减少能源的浪费。
第三定律:绝对零度定律热力学第三定律也称绝对零度定律,它是热力学的一个基本定律,规定在绝对零度时,正常的物质将处于绝对静止状态。
根据热力学第三定律,即使是最彻底的制冷,也不能将物体降到绝对零度。
因此,在物理制冷技术方面,我们需要通过其他技术手段来实现低温条件下的物理实验或应用。
例如,在超导材料的应用中,超导材料需要在低于一定的温度下才能实现零电阻。
因此,在超导材料的制备和应用方面,我们需要采用更加先进的低温制冷技术。
第四定律:热力学基本关系式热力学第四定律是一种调和行为,在热学中通常被称为热力学基本关系式。
该定律在热力学的数学表述中提供了一个统一的基础,以便于我们理解和应用热力学基础理论。
人类最伟大的十个科学发现之九:热力学四大定律18世纪,卡诺等科学家发现在诸如机车、人体、太阳系和宇宙等系统中,从能量转变成“功”的四大定律。
没有这四大定律的知识,很多工程技术和发明就不会诞生。
热力学的四大定律简述如下:热力学第零定律——如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第一定律——能量守恒定律在热学形式的表现。
热力学第二定律——力学能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功(热机不可得)。
热力学第三定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。
法国物理学家卡诺(Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796~1823)(左图)生于巴黎。
其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家,学术上很有造诣,对卡诺的影响很大。
卡诺身处蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代,他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机,性能远远超过自己国家生产的,便决心从事热机效率问题的研究。
他独辟蹊径,从理论的高度上对热机的工作原理进行研究,以期得到普遍性的规律;1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》(右图),书中写道:“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理,就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑,就必须不仅建立蒸汽机原理,而且建立所有假想的热机的原理,不论在这种热机里用的是什么工作介质,也不论以什么方法来运转它们。
”卡诺出色地运用了理想模型的研究方法,以他富于创造性的想象力,精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机(卡诺热机),提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理,从理论上解决了提高热机效率的根本途径。
卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西:热机必须工作于两个热源之间,才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功;明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关,动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”,指明了循环工作热机的效率有一极限值,而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。
热学三大公式
热学是物理学中的一个重要分支,涉及到热量、热力学能量、热传递等方面的知识。
在热学中,有三个非常重要的公式,分别是:
1. 热力学第一定律公式:Q = U + W
这个公式表示热量 Q 等于内能 U 加上摩擦功 W。
它表明了热量和内能之间的关系,说明了热传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
2. 热力学第二定律公式:N = Q - W
这个公式表示净热量 N 等于热量传递 W 减去摩擦功 N。
它表明了热量传递的方向和热量传递的多少取决于内能差异的大小,而与摩擦功无关。
这个公式在解释热传递的规律和计算热量传递的效率时非常有用。
3. 热力学第三定律公式:热量不可能自发地从低温物体传到高
温物体
这个公式表示热量传递是一种自发的过程,也就是说,热量传递是从高温物体向低温物体传递的。
这个公式表明了热传递是一种不可避免的自然现象,同时也说明了热量传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
这三个公式是热学中最基本的公式,对于理解热学概念和应用具有非常重要的意义。
此外,热学还有很多其他的公式和规律,例如热力学第二定律的另一种表述方式——熵增定律,以及热力学第三定律的应用,等等,这些都需要深入学习才能掌握。
热力学定律知识点热力学定律是研究物质热力学性质的基本规律,包括能量守恒定律、熵增定律、热力学温标和热力学过程等方面的内容。
下面将具体介绍这些热力学定律的知识点。
一、能量守恒定律能量守恒定律是热力学中的基本定律之一,它指出在一个孤立系统中,能量的总量是恒定不变的。
换句话说,能量既不能被创造也不能被毁灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
能量守恒定律适用于各种物理过程,无论是机械过程、热力学过程还是化学过程。
在这些过程中,能量可以以不同的形式存在,如机械能、热能、化学能等。
根据能量守恒定律,系统中所有形式的能量的总和不会发生变化,只会相互转化。
二、熵增定律熵增定律是热力学中的另一个重要定律,它描述了自然界中熵(系统的无序程度)的增加趋势。
根据熵增定律,一个孤立系统的熵在正向过程中总是增加的。
熵增定律可以从微观角度解释。
在一个孤立系统中,分子的运动是随机的,当系统发生变化时,分子的排列和速度分布也会发生变化,从而导致系统的熵增加。
这个过程是不可逆的,即无法逆转。
三、热力学温标热力学温标是用来测量温度的尺度,它是建立在热力学定律基础上的。
热力学温标与其他温标(如摄氏温标、华氏温标)不同的是,它是基于热力学过程的性质进行定义的。
热力学温标的基本原理是根据热力学过程的可逆性,将温度定义为系统的热平衡状态下的某个性质。
在热平衡状态下,系统内部各部分之间没有宏观的热量传递,即系统各部分的温度相等。
热力学温标的单位是开尔文(K)。
四、热力学过程热力学过程是指物质在不同温度和压力条件下发生的变化过程。
根据热力学定律,热力学过程可以分为准静态过程和非准静态过程。
准静态过程是指系统在每一步都处于平衡状态下进行的过程。
在准静态过程中,系统的各个参数(如温度、压力、体积等)都发生连续变化,且变化过程非常缓慢,以至于系统始终处于平衡状态。
准静态过程是热力学中用来推导和分析问题的一种理想化模型。
非准静态过程是指系统在进行过程中不处于平衡状态下的过程。
热力学三大定律。
热力学是一门研究热现象和能量转移的学科,它包含了许多重要的理论和定律。
其中最为基础和重要的就是热力学的三大定律。
这三大定律分别是:
第一定律:能量守恒定律。
这个定律表明,能量在一个系统中不会被创造或者消失,只会被转换成不同的形式。
换句话说,热能可以转化为机械能,电能,化学能等等。
第二定律:热力学第二定律,也被称为热力学不可逆定律。
这个定律表明,任何一个封闭的系统都会不可避免地趋向于熵增加的方向。
也就是说,不可逆的过程比可逆的过程更有可能发生,因为后者需要外部能量输入,而前者则不需要。
第三定律:热力学第三定律,也被称为绝对零度定律。
这个定律表明,在温度为零度的绝对零点附近,系统的熵趋近于零,而且无法完全达到零。
这个定律的重要性在于,它提供了一个基准点,让我们可以对温度进行比较和测量。
这三大定律是热力学的基石,它们不仅解释了许多自然现象,也为工程应用提供了重要的指导意义。
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高考物理:热力学三大定律总结!热力学第一定律是能量守恒定律。
热力学第二定律有几种表述方式:克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体,但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体;开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量,并将这热量完全变为功,而不产生其他影响。
以及熵增表述:孤立系统的熵永不减小。
热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零,或者绝对零度(T=0)不可达到。
第一定律热力学第一定律也就是能量守恒定律。
自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后,人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。
内容一个热力学系统的内能U增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它做功A的和。
(如果一个系统与环境孤立,那么它的内能将不会发生变化。
)符号规律热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况,因此在使用:△E=-W+Q时,通常有如下规定:①外界对系统做功,A>0,即W为正值。
②系统对外界做功,A<0,即W为负值。
③系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值④系统从外界放出热量,Q<0,即Q为负值⑤系统内能增加,△U>0,即△U为正值⑥系统内能减少,△U<0,即△U为负值理解从三方面理解1.如果单纯通过做功来改变物体的内能,内能的变化可以用做功的多少来度量,这时系统内能的增加(或减少)量△U就等于外界对物体(或物体对外界)所做功的数值,即△U=A2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能,内能的变化可以用传递热量的多少来度量,这时系统内能的增加(或减少)量△U就等于外界吸收(或对外界放出)热量Q的数值,即△U=Q3.在做功和热传递同时存在的过程中,系统内能的变化,则要由做功和所传递的热量共同决定。
在这种情况下,系统内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和外界对系统做功A之和。
热力学四大定律:第零定律——若A与B热平衡,B与C热平衡时,A与C也同时热平衡第一定律——能量守恒定律(包含了热能)第二定律——机械能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的试验操作全部转换成功(热能不能完全转化为功)第三定律——绝对零度不可达成性热力学定律的发现及理论化学反应不是一个孤立的变化过程,温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。
1901年,范霍夫因发现化学动力学定律和渗透压,提出了化学反应热力学动态平衡原理,获第一个化学奖。
1906年能斯特提出了热力学第三定律,认为通过任何有限个步骤都不可能达到绝对零度。
这个理论在生产实践中得到广泛应用,因此获1920年化学奖。
1931年翁萨格发表论文“不可逆过程的倒数关系”,阐明了关于不可逆反应过程中电压与热量之间的关系。
对热力学理论作出了突破性贡献。
这一重要发现放置了20年,后又重新被认识。
1968年获化学奖。
1950年代,普利戈金提出了著名的耗散结构理论。
1977年,他因此获化学奖。
这一理论是当代热力学理论发展上具有重要意义的大事。
它的影响涉及化学、物理、生物学等广泛领域,为我们理解生命过程等复杂现象提供了新的启示。
热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。
这一结论称做“热力学第零定律”。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。
定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。
它为建立温度概念提供了实验基础。
这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。
热力学公式总结
一、热力学第一定律
热力学第一定律,也被称为能量守恒定律,表明在一个封闭系统中,能量不能被创造或毁灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
公式如下:
ΔU = Q + W
其中,ΔU表示系统内能的改变,Q表示系统吸收或释放的热量,W表示系统对外界所做的功。
二、热力学第二定律
热力学第二定律表明,热量不能自发地从低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化。
公式如下:
dS/dt ≥ 0
其中,S表示系统的熵,dS/dt表示熵的变化率。
如果dS/dt大于0,则表
示熵增加,如果dS/dt等于0,则表示熵不变。
三、理想气体状态方程
理想气体状态方程表示理想气体的压力、体积和温度之间的关系。
公式如下:PV = nRT
其中,P表示气体的压力,V表示气体的体积,n表示气体的摩尔数,R表
示气体常数,T表示气体的温度(以开尔文为单位)。
四、热力学第三定律
热力学第三定律表明,绝对零度不能通过有限的降温过程达到。
公式如下:ΔS(T→0) = 0
其中,ΔS表示系统熵的变化,T表示温度。
这个公式表明在绝对零度时,
系统的熵为零。
热力学四大定律:第零定律——若A与B热平衡,B与C热平衡时,A与C也同时热平衡第一定律——能量守恒定律(包含了热能)第二定律——机械能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的试验操作全部转换成功(热能不能完全转化为功)第三定律——绝对零度不可达成性热力学定律的发现及理论化学反应不是一个孤立的变化过程,温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。
1901年,范霍夫因发现化学动力学定律和渗透压,提出了化学反应热力学动态平衡原理,获第一个化学奖。
1906年能斯特提出了热力学第三定律,认为通过任何有限个步骤都不可能达到绝对零度。
这个理论在生产实践中得到广泛应用,因此获1920年化学奖。
1931年翁萨格发表论文“不可逆过程的倒数关系”,阐明了关于不可逆反应过程中电压与热量之间的关系。
对热力学理论作出了突破性贡献。
这一重要发现放置了20年,后又重新被认识。
1968年获化学奖。
1950年代,普利戈金提出了著名的耗散结构理论。
1977年,他因此获化学奖。
这一理论是当代热力学理论发展上具有重要意义的大事。
它的影响涉及化学、物理、生物学等广泛领域,为我们理解生命过程等复杂现象提供了新的启示。
热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。
这一结论称做“热力学第零定律”。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。
定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。
它为建立温度概念提供了实验基础。
这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。
而温度相等是热平衡之必要的条件。
热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。
通常表述为:与第三个系统处于热平衡状态的两个系统之间,必定处于热平衡状态。
18世纪,卡诺等科学家发现在诸如机车、人体、太阳系和宇宙等系统中,从能量转变成“功”的四大定律。
没有这四大定律的知识,很多工程技术和发明就不会诞生。
热力学的四大定律简述如下:热力学第零定律——如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第一定律——能量守恒定律在热学形式的表现。
热力学第二定律——力学能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功(热机不可得)。
热力学第三定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。
法国物理学家卡诺(Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796~1823)(左图)生于巴黎。
其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家,学术上很有造诣,对卡诺的影响很大。
卡诺身处蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代,他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机,性能远远超过自己国家生产的,便决心从事热机效率问题的研究。
他独辟蹊径,从理论的高度上对热机的工作原理进行研究,以期得到普遍性的规律;1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》(右图),书中写道:“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理,就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑,就必须不仅建立蒸汽机原理,而且建立所有假想的热机的原理,不论在这种热机里用的是什么工作介质,也不论以什么方法来运转它们。
”卡诺出色地运用了理想模型的研究方法,以他富于创造性的想象力,精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机(卡诺热机),提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理,从理论上解决了提高热机效率的根本途径。
卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西:热机必须工作于两个热源之间,才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功;明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关,动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”,指明了循环工作热机的效率有一极限值,而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。
热力学三大定律内能:内能由分子动能和分子势能共同组成1.分子动能:分子由于运动而具有的能。
温度是分子热运动平均动能(而不是平均速率)的标志,表征分子热运动的剧烈程度。
2.分子势能:分子具有的由分子力所产生的势能,与分子间的相互作用力的大小和相对位置有关。
3.性质:1)内能的多少与物体的温度和体积有关;2)内能不能全部转化为机械能,而机械能可以完全转化为内能;3)任何物体在任何状态下都具有内能(大量分子做无规则运动);4)内能是一个宏观量,对于个别分子,无内能可言。
4.内能的改变:改变物体内能有两种方法,做功和热传递。
NOTICE:热量和内能的区别:热量是一个状态量,是热传递中内能的改变;而内能是一个状态量。
1)热传递和做功对于改变物体的内能是等效的。
2)热传递和做功的区别:热传递和做功有着本质的区别。
做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之间的转化,热传递使物体的内能改变,是物体间内能的转移。
3)做功和压强变化并不等效。
压强增大并不一定外界对物体做功,也有可能是温度的变化。
5.焦耳测定热功当量实验:1)实验原理:重物P和重物P/下落时,插在量热器中的轴及安装在轴上的叶片开始转动.量热器中的水受到转动叶片的搅拌,温度上升.由重物的质量和下降的距离可以算出叶片所做的机械功,由水和量热器的质量、比热、升高的温度可以算出得到的热量.算出机械功和热量的比值,即得热功当量的数值.2)实验结论:机械功与热量的比值是一个常数,其数值J=4.18 J/cal.● 能量守恒定律:能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体。
在转化或转移的过程中,能量的总量不变。
第一类永动机:不需输入能量便能永远对外做功的动力机械。
违反能量守恒定律,不肯能制成。
● 热力学第一定律:ΔU = Q+ W 第一类永动机不可能制成。
W>0,外界对物体做功;W<0,物体对外界做功;Q>0,吸热;Q<0,放热。
热力学三大基本定律是什么?一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火,人们就注意探究热、冷现象本身。
但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪,在19世纪40年代前后,人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。
人们对热的研究也不再是孤立地进行,而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热,特别是在热与机械功的转比中认识热。
热力学在发展过程中形成了三大基本定律,它们构成了热力学的核心。
热力学第一定律:能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。
在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中,把热看作“力”(能量)的一一种形式,他指出'热是能够转比为运动的力“。
他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。
在论文中,迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化,提出了“力“不灭思想,迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。
1847年,德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。
他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释,这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。
1850年,克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。
他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况,有一个和产生功成正比的热量被消耗掉,反之,通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。
” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下,就把任意多的热量从一个冷体移到热体,这与热素的行为相矛盾”来论证。
把热看成是一种状态量。
由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式:dQ=dU-dW从1854年起,克劳修斯作了大量工作,努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。
经过重重努力,1860年,能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。
能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
热力学的四大定律及其应用热力学是物理学的一个分支,主要研究热、能量和物质之间的相互转化及其规律。
热力学的四大定律是热力学基本定律,也是热力学研究的基础。
本文将详细介绍热力学的四大定律及其应用。
第一定律:能量守恒定律能量守恒定律是热力学的基本定律之一,它说明了一个封闭系统的能量总量是恒定的。
在一个封闭系统中,能量只能由一种形式转化为另一种形式,不能被新产生也不能被破坏。
例如,当一个汽车引擎燃烧汽油时,化学能被转化为机械能,但热能也会被产生,这些热能最终会被散发到环境中。
因此,能量的总量不会变化,只会从一种形式转化为另一种形式。
能量守恒定律的应用非常广泛,例如在工业生产、环境保护、能源消耗等方面。
在工业生产中,为了减少能源消耗和减少环境污染物的排放,人们通常会采取节约能源、改善工艺流程等措施。
在环境保护方面,人们通常会采取减少工业化污染、提高能源利用率等措施。
在能源消耗方面,人们通常会采取减少石油、煤炭等化石燃料的使用,提高可再生资源的利用率等措施。
这些措施都是基于能量守恒定律的基本原理。
第二定律:熵增加定律熵是物质的一种物理量,它反映了分子的无序程度。
熵增加定律是热力学的基本定律之一,它说明了热能只能从高温的物体流向低温的物体,而不可能相反。
这就是大家常说的“热量不能自己流回去”。
熵增加定律在工业生产中的应用也非常广泛,例如在汽车制造、钢铁制造、机械制造等方面。
例如,汽车引擎在工作时会产生大量的热能,这些热能必须通过散热器散发到环境中,否则引擎就会过热而损坏。
同样,冶炼钢铁时,需要消耗大量能量来将矿石烧成熔融的钢铁,而这些热能也必须通过散热器散发出去。
这些应用都是基于熵增加定律的基本原理。
第三定律:绝对零度不可达定律绝对零度是温度的最低限度,它等于-273.15摄氏度。
第三定律是热力学的基本定律之一,它说明了在理论上无论如何降低温度,也无法将物体的温度降到绝对零度以下。
这是因为当温度趋近于绝对零度时,物质的分子运动将变得非常缓慢,它们几乎不会再产生热能。
热力学基本定律热力学是自然科学中研究热与能量转换关系的一门学科。
它建立了热力学基本定律,用以描述和解释物质的热现象和能量转移。
热力学基本定律共有四条,分别是热力学第一定律、第二定律、第三定律和热力学基本方程。
热力学第一定律,也称能量守恒定律,表明能量不会增加或减少,只会从一种形式转化为另一种形式。
根据能量守恒定律,对于一个封闭系统,系统内部的能量变化等于系统吸收或放出的热量与做功之和。
能量守恒定律在实际应用中有重要的意义,可以用来解释各种能量转换与传递过程,例如热机、热力循环等。
热力学第二定律则涉及热量传递的方向性。
根据热力学第二定律,热量自高温物体向低温物体传递,而不会反向传递。
这个定律对应着热量传递的不可逆性,即热量自然地流向温度更低的物体,而不会自动地流向温度更高的物体。
这一定律对于热机效率的计算和热力学过程的可逆性研究具有重要指导意义。
热力学第三定律则是关于绝对零度的热力学规律。
根据热力学第三定律,当温度趋近于绝对零度时,物质的熵会趋于零。
绝对零度是温度的最低极限,在这个温度下物质的分子运动趋于最小,在热力学上具有特殊意义。
热力学第三定律为我们研究物质的性质和行为提供了重要的参考依据。
热力学基本方程是热力学的数学描述,它表达了热力学系统各个物理量之间的关系。
热力学基本方程可以通过实验和理论推导得到,是研究热力学过程和计算热力学量的重要工具。
总结而言,热力学基本定律包括了能量守恒定律、热量传递规律、绝对零度热力学规律和热力学基本方程。
这些定律为我们研究和理解能量转换和热现象提供了重要的理论基础和实践指导,对于工程技术的应用以及自然现象的科学解释都具有重要意义。
热力学的基本定律为我们探索热力学世界提供了框架,也为我们认识和改造自然界提供了重要思路和方法。
热力学定律包括
热力学是研究能量转化和能量传递的科学领域。
在热力学中,有三个基本定律,它们被称为热力学定律。
这些定律描述了能量在物质系统中的行为和传递方式,对于理解自然界和工程应用都非常重要。
第一定律是能量守恒定律,也被称为热力学第一定律。
这个定律表明能量不能被创造或者毁灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
系统的能量增加等于从外部输入的热量和做功的总和,或者等于从系统流出的热量减去对外界做的功。
简单地说,这个定律说明了能量的转化和守恒原理。
第二定律是热力学第二定律,也被称为熵增定律。
这个定律表明自然界的热现象存在一个方向性,即热量只能从高温物体传递到低温物体,而不能反向传递。
这个定律还引入了一个重要的概念——熵。
熵代表了系统的无序程度,系统趋于增加熵的方向运动。
熵增原则也可以解释为为什么自然界的过程总是朝着更大的混乱度发展。
第三定律是热力学第三定律,也被称为绝对零度定律。
这个定律表明当物体的温度接近绝对零度(-273.15摄氏度)时,物体的熵趋于一个最小值。
这个定律推导出了热力学温标,并且说
明了绝对零度下物质的特性。
热力学定律的应用非常广泛。
它们被应用于工程领域,如蒸汽机、制冷器和燃料电池等能源转换设备的设计。
它们也被应用于材料科学、地球科学和生物科学等领域,用于研究和解释各种自然现象。
总之,热力学定律是描述能量转化和传递的基本定律。
它们揭示了自然界中的能量行为规律,对于我们理解自然现象和应用科学原理具有重要意义。
热力学定律为我们提供了一套有助于解决复杂问题的基本原则和方法。
热力学的四个基本公式推导热力学是物理学的一个分支,研究能量转移、功、热量和温度等方面的基本规律。
在热力学中,有四个基本公式,分别是热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律和熵增加定理。
下面我们就来推导一下这四个基本公式。
一、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律,在热力学中表现为:对于一个系统,其内能的变化等于系统吸收的热量减去系统做功的量。
数学表达式为:ΔU = Q - W其中,ΔU表示系统内能的变化,Q表示系统吸收的热量,W表示系统做的功。
二、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中的基本定律之一,它表明热量不可能从低温物体自发地传递到高温物体,除非有外界做功或者有热力学过程进行。
热力学第二定律的数学表达式为:ΔS > 0其中,ΔS表示熵的变化量。
熵是一个系统的混乱程度,熵增加表示系统越来越不稳定,越来越混乱。
因此,热力学第二定律也被称为熵增加定理。
三、热力学第三定律热力学第三定律是热力学中的基本定律之一,它规定绝对零度是无法达到的,除非熵为零。
热力学第三定律的数学表达式为:lim S->0 S(T) = 0其中,S(T)表示在温度为T时的熵。
热力学第三定律说明,在温度接近绝对零度时,熵趋于零,系统变得越来越有序。
四、熵增加定理熵增加定理是热力学第二定律的一个推论,它表明,任何孤立系统在进行热力学过程时,其熵都不可能减少,只能增加或保持不变。
熵增加定理的数学表达式为:ΔS >= 0其中,ΔS表示熵的变化量。
熵增加定理说明,孤立系统总是趋向于更加混乱、更加不稳定的状态,这是热力学中不可逆过程的本质特征。
综上所述,热力学的四个基本定律都有其数学表达式,通过这些公式,我们可以更加深入地理解热力学的基本规律。
对热力学三个定律的理解
热、电磁、光等现象和机械运动都是能量的不同形式,可以相互转化,并且遵循能量守恒定律。
【热力学三定律】
热力学第一定律:热力学系统例如不稀释外部热量却对外作功,须消耗内能;不可能将打造出既不须要外界能量又不消耗系统内能的永动机。
热力学第二定律:热机不可能把从高温热源中吸收的热量全部转化为有用功,总要把一部分传给低温热源。
根据这个定律,任何热机的效率都不可能达到%。
热力学第三定律:在科学家研究液态、液体、分子和原子的自由能的基础上,能够斯特明确提出,在温度达至绝对零度(-摄氏度)时,物质系统(分子或原子)无规则的热运动将暂停。
绝对零度不可能将达至,但是可以无穷收敛。
.绝密★启用前2018-2019学年度???学校1月月考卷试卷副标题考试范围:xxx;考试时间:100分钟;命题人:xxx注意事项:1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上第I卷(选择题)请点击修改第I卷的文字说明一、多选题1.下列说法正确的是________.A.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性B.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用C.墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀,混合均匀主要是由于碳粒受重力作用D.当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时.分子间的距离越大,分子势能越小E. 一定质量的理想气体保持体积不变,温度升高,单位时间内撞击器壁单位面上体的分子数增多【答案】ABE【解析】【详解】根据热力学第二定律,自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,故A正确;液体表面张力产生的原因是:液体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫做表面层,表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大一些,分子间的相互作用表现为引力,所以叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用,故B正确;墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀,混合均匀主要是由于分子无规则运动导致的扩散现象产生的结果,故C错误;两分子间距大于平衡距离时,分子间为引力,则分子距离增大时,分子力做负功,分子势能增大,故D错误;一定质量的理想气体保持体积不变,气体的分子密度不变,温度升高,气体分子的平均动能增大,单位时间内撞击器壁单位面上的分子数增多,故E正确。
故选ABE.2.下列说法正确的是___________A.浸润现象是分子间作用力引起的B.足球充足气后很难压缩,是因为足球内气体分子间斥力作用的结果C.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的试卷第2页,总74页D .一定质量的理想气体压强不变时,气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少E. 晶体熔化过程中要吸收热量,分子的平均动能增大 【答案】ACD 【解析】 【详解】A 、浸润现象是液体分子间相互作用的表现,与分子力有关,故A 正确;B 、足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因,与气体的分子之间的作用力无关,故B 错误;C 、根据热力学第二定律可知,自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,故C 正确;D 、一定质量的理想气体,温度升高,分子对器壁的平均撞击力增大,要保证压强不变,分子单位时间对器壁单位面积平均碰撞次数必减小,故D 正确;E 、温度是分子平均动能的标志,晶体熔化时吸收热量,但温度不变,因此分子的平均动能不变,故E 错误; 故选ACD 。
3.下列关于热力学定律的说法正确的是( )A .一定质量的理想气体保持压强和体积不变,而只改变其温度是不可能的B .热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律C .一定质量的理想气体放出热量,则其分子平均动能一定减少D .对于密闭容器内的理想气体而言,分子在单位时间内对单位面积容器壁碰撞的平均次数会随温度的升高而增多E. 热运动的宏观过程是熵减少的过程 【答案】ABD 【解析】 【分析】由理想气体状态方程可知,保持压强和体积不变,则温度一定不变,热力学第二定律反映了宏观自然过程的方向性。
体积压缩放出热量,温度可能升高,故分子的平均动能可能增加,由理想气体状态方程可知,对于密闭容器内的理想气体而言,如果温度升高,分子在单位时间内对单位面积容器壁碰撞的平均次数增多,根据热力学第二定律可知,实际的宏观过程都会自发地往熵增加的方向进行..【详解】A、由理想气体状态方程可知,保持压强和体积不变,则温度一定不变,故A正确;B、热力学第二定律反映了宏观自然过程的方向性,故B正确;C、体积压缩放出热量,温度可能升高,故分子的平均动能可能增加,故C错误;D、由理想气体状态方程可知,对于密闭容器内的理想气体而言,如果温度升高,分子在单位时间内对单位面积容器壁碰撞的平均次数增多,故D正确;E、根据热力学第二定律可知,实际的宏观过程都会自发地往熵增加的方向进行,故E 错误;故选ABD.4.热现象无处不在,发电制造,安装维护,航空航天,科研发明,烧水做饭,取暖纳凉等日常所见无不与“热”有关。
下列与“热”有关的认识正确的是__________。
A.空调在制冷和制热的过程中都存在热传递B.冰箱不能为房间制冷是因为违背了能量守恒C.水的流速越大,水分子的热运动越剧烈D.气体被压缩的过程中外界对气体做功E. 固体吸收热量内能一定增大【答案】ADE【解析】【详解】空调无论是制冷还是制热,其工作原理都是热传递,只是传递的方向不同,选项A正确;现有机械在工作时都遵循能量守恒定律,选项B错;水的流速是宏观的运动,与水分子的热运动无关,选项C错误;气体被压缩时体积减小,外界对气体做功,选项D正确:固体吸收热量不对外做功,内能增大,选项E正确。
5.理想气体的热力学过程中可能发生的过程是A.内能减小的等容加热过程B.吸热的等温膨胀过程C.内能增加的绝热压缩过程D.吸热的等压压缩过程【答案】BC【解析】【详解】内能减小时,温度降低,又是等容过程,则气体应该放热,不可能是吸热过程,选项A试卷第4页,总74页………○…※………○…错误;等温膨胀过程,内能不变,体积变大对外做功,则一定是吸热过程,选项B 正确;绝热压缩过程,体积减小,外界对气体做功,与外界无热交换,则温度升高,内能增加,选项C 正确;等压压缩过程,体积减小,则温度降低,外界对气体做功,则气体应该放热而不是吸热,选项D 错误;故选BC. 6.下列对热学相关知识的判断中正确的是( ) A .对一定质量的气体加热,其内能一定增大 B .不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功 C .一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的D .自然界中的能量虽然是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,故要节约能源 【答案】CD 【解析】 【详解】根据热力学第一定律可知,对一定质量的气体加热,气体吸收的热量如果小于气体对外做功,则其内能减小,选项A 错误;热力学第二定律指出“不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功而不产生其他影响”,故B 错误;一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,选项C 正确;自然界中的能量虽然是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,故要节约能源,选项D 正确;故选CD.7.如图所示,水平传送带在电动机带动下以速度v 1=1m/s 匀速运动,小物块P 、Q 质量分别为0.3kg 和0.2kg ,由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连,t =0时刻物块P 放在传送带中点处由静止释放。
已知物块P 与传送带间的动摩擦因数为μ为0.5,传送带水平部分两端点间的距离为L=4m ,不计定滑轮质量及摩擦,物块P 与定滑轮间的绳水平。
(g 取g=l0m /s 2)A .物块P 向右运动B .物块P 的加速度为1m/s 2C .整个过程中物块P 与传送带之间产生的热量为0.6JD .1s 末传送带所受的摩擦力的瞬时功率为1.5W 【答案】BD 【解析】.【详解】AB、P释放后受到最大摩擦力的大小为:,由PQ为整体,受到的合力为:合,物体将向左运动;则由牛顿第二定律可知加速度合,故B正确,A错误;C、P到达左侧时,位移为x=2m;用时:,则物体与传送带间的相对位移相,则产生的热量:相,故C错误;D、1s末传送带所受的摩擦力的瞬时功率为:,故D正确;故选BD。
8.如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中,A→B和C→D为等温过程,B→C和D→A为绝热过程。
该循环过程中,下列说法正确的是。
A.A→B过程中,气体对外界做功,吸热B.B→C过程中,气体分子的平均动能减少C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少D.D→A过程中,外界对气体做功,气体内能增加E. 该整个循环过程中,气体放热【答案】ABD【解析】【详解】A→B过程中,体积增大,气体对外界做功,温度不变,内能不变,气体吸热,故A正确;B→C过程中,绝热膨胀,气体对外做功,内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,故B正确;C→D过程中,等温压缩,体积变小,分子数密度变大,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,故C错误;D→A过程中,绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,故D正确;该循环中,气体对外做功大于外界对气体做功,即W <0;一个循环,内能不变,△U=0,根据热力学第一定律,Q>0,即气体吸热,故E 错误;故选ABD。
试卷第6页,总74页9.下列说法正确的是___________ A .理想气体等温膨胀时,内能不变B .分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距增加时,分子间的引力增大,斥力减小C .液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征D .液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动 E. 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 【答案】ACD 【解析】 【详解】一定质量的理想气体的内能只与温度有关,等温膨胀时,内能不变,选项A 正确;分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距增加时,分子间的引力和斥力均减小,选项B 错误;液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征,选项C 正确;液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动,选项D 正确;表面张力产生在液体表面层,它的方向平行于液体表面,故E 错误;故选ACD. 10.下列说法中正确的是___________ A .外界对物体做功,物体内能一定增大 B .温度越高,布朗运动就越显著C .当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离的减小而增大D .在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的,具有空间上的周期性E. 随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,并最终达到绝对零度 【答案】BCD 【解析】 【详解】A 、外界对物体做功,若物体放热,则物体内能不一定增大,故A 错误;B 、温度越高,布朗运动就越显著,故B 正确;C 、当分子间作用力表现为斥力时,随分子间距离的减小,分子力做负功,则分子势能增大,故C 正确;D 、在各中晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的,具有空间上的周期性,故D 正确;E 、根据热力学第三定律可知,绝对零度只能接近,不能达到,故E 错误。
11.如图所示,一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B 、C 和D 后再回到状态A 。
.其中,A→B和C→D为等温过程,B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。
这就是著名的“卡诺循环”。
该循环过程中,下列说法正确的是________A.A→B过程中,气体对外界做功B.B→C过程中,气体分子的平均动能增大C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化E. 该循环过程中,气体吸热【答案】ACE【解析】【分析】A→B过程中,体积增大,气体对外界做功,B→C过程中,绝热膨胀,气体对外做功,温度降低,C→D过程中,等温压缩,D→A过程中,绝热压缩,外界对气体做功,温度升高.【详解】A、A→B过程中,体积增大,气体对外界做功,温度不变,内能不变,气体吸热,故A 正确;B、B→C过程中,绝热膨胀,气体对外做功,内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,故B错误;C、C→D过程中,等温压缩,体积变小,分子数密度变大,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,故C正确;D、D→A过程中,绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,温度升高,分子平均动能增大,气体分子的速率分布曲线发生变化,故D错误;E、该循环中,气体对外做功大于外界对气体做功,即W<0;一个循环,内能不变,△U=0,根据热力学第一定律,Q>0,即气体吸热,故E正确;故选ACE.【点睛】本题考查了理想气体状态方程的应用,根据图象判断出气体体积如何变化,从而判断出外界对气体做功情况,再应用热力学第一定律与题目所给条件即可正确解题;要知道:试卷第8页,总74页温度是分子平均动能的标志,理想气体内能由问题温度决定. 12.有关分子的热运动和内能,下列说法正确的是________ A .一定质量的气体,温度不变,分子的平均动能不变 B .晶体都具有各向异性C .物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和D .第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 E. 外界对物体做功,物体的内能必定增加 【答案】ACD 【解析】 【详解】A 、温度是分子平均动能的标志,所以温度不变,分子的平均动能不变,A 正确;B 、只有单晶体具有各向异性,而多晶体都具有各向同性,故B 错误;C 、物体的内能就是物体内部所有分子的动能和分子势能的总和,故C 正确;D 、第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律,故D 正确;E 、根据热力学第一定律 ,可知外界对物体做功,物体同时放热,物体的内能不一定增加,故E 错误; 故选ACD 。