热力学定律知识点全面

第十章 热力学定律

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一、 功、热与内能

●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。

●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U 表示。 ●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。

二、 热力学第一定律、第二定律

第一定律表述：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作的功的和。表达式u W Q ∆=+ 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。

应用热力学第一定律解题的思路与步骤：

一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 符号 W Q u ∆ + 外界对系统做功

系统从外界吸热 系统内能增加 -

系统对外界做功 系统向外界放热 系统内能减少

二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。

三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。

四、几种特殊情况：

若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。

若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。

若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。

对热力学第一定律的理解：

热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。

对热力学第二定律的理解:

①在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。

②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

对能量守恒定律的理解：

③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。

④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。

③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。

三、能量守恒定律

●能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变

●第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律

●第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）

●熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。

①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。

②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少。

③任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。

④一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少。

●能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。

四、能源和可持续发展：

●能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。

●化石能源：人们把煤、石油叫做化石能源。

●生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。

●风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，我国新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。

●水能：水是可再生的，水电对环境的影响小，发电成本低。

几个概念的区别：

一、热量和内能：

内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成，而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义，就某一状态而言，只有内能，根本不存在什么热量和，因此，不能说一个系统中含有多少热量或多少功。

二、热量和温度：

热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志，虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度，热传递不仅可以使系统温度发生变化，还可以使物质状态发生变化，在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说系统吸收热量多，温度变化一定大，也不能认为系统的温度高，它放出的热量一定多，因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和

比热容有关，总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量。

三、热量和功：

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，但它们之间有着本质的区别，用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动，转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程，用热传递来改变系统的内能，是通过传导对流和辐射来完成的，它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程。