高中热力学定律

③热力学第二定律的熵表述 在任何自然过程中,一个孤立系统的熵永 不减少. 由此,热力学第二定律又称为熵增加原理. ④系统有序的可能是存在着的,只是因为 通向无序的渠道比通向有序的渠道多得多,所 以无序程度较大的宏观态即熵较大的宏观态 出现的几率就较大.
⑤一个孤立系统总是从熵小的状态向 熵大的状态演变,而熵值较大意味着较为 无序,所以自发的宏观过程总是向着无序 程度更大的方向演变.
⑶永动机不可能制成
不消耗任何能量,却可以源源不断地 对外做功的机器叫做第一类永动机. 第一类永动机违反了能量守恒定律, 是不可能造成的.
4.热力学第二定律
⑴与热现象有关的宏观过程的方向性
热传递现象的方向性 扩散现象的方向性 气体膨胀现象的方向性 有摩擦的机械运动中能量转化的方向 性…… 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不 可逆的.
⑵热力学第二定律的一种表述
﹙克劳修斯表述﹚ 热量不能自发地从低温物体传到高温 物体. ﹙或 : 不可能使热量由低温物体传递 到高温物体而不引起其他变化﹚
逆过程的进行,必须有第三者的介入﹙或 必须借助外界的帮助﹚,这样就会引起其他变 化﹙产生其他影响﹚. 克劳修斯表述阐述的是热传递的方向性.
⑶热力学第二定律的另一种表述
⑷热力学第三定律
不可能通过有限的过程把一个物体冷却 到绝对零度. 或 绝对零度不可能达到
6.能源和可持续发展
⑴能量耗散和品质降低
①没有办法把流散到周围环境的内能重 新收集起来加以利用,这种现象叫做能量的 耗散. 机械能、电能、化学能等都是集中度较 高并且有序度较高的能量,它们变为内能后, 就成为更加分散并且无序度更大的能量. 各种形式的能量向内能的转化,是无序程 度较小的状态向无序程度较大的状态的转化, 这一转化能自动地、全额地发生.
Biblioteka Baidu做功和热传递
①做功和热传递对改变系统内能是等效的 ②做功和热传递的重要区别 : 做 功—内能与其他形式能之间的转化; 热传递—内能在物体之间或物体不同部分 之间的转移.
3.热力学第一定律 能量守恒定律
⑴热力学第一定律
单纯对系统做功 : ΔU=W, 单纯对系统传热 : ΔU=Q; 一般情况下,物体与外界同时发生做功和 热传递,则ΔU=Q+W. 热力学第一定律 : 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 所做的功的和.
⑶熵
①系统宏观态所对应的微观态的多少表征了系 统宏观态的无序程度,该无序程度决定着宏观过程 的演变方向. ②若用Ω表示系统一个宏观态所对应的微观态 的数目,则Ω就是该系统分子运动无序性的量度.用S 表示熵,定义 S=klnΩ 式中k是玻尔兹曼常数. 熵S也是系统分子运动无序性的量度.熵较大的 宏观态就是无序程度较大的宏观态.
公式ΔU=Q+W表示内能改变与热量、功 之 间的关系,是热力学第一定律的数学形 式,注意 物体吸热Q>0 物体放热Q<0 外界对物体做功W>0 物体对外界做功W<0 物体内能增加ΔU>0 取决于Q+W的值 物体内能减少ΔU<0
⑵能量守恒定律
①俄国化学家盖斯的发现—能量守恒定 律的先驱. ②德国医生J.R.迈尔的观点—第一个能 量守恒的思想. ③德国科学家H.亥姆霍兹的工作 ④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别的物体, 在转化或转移的过程其总量保持不变.
2.热和内能
⑴热传递
①没有做功而使物体内能改变的物理过程 叫做热传递. ②热传递发生的条件 : ΔT≠0;热传递过程中, 热量从高温物体传递到低温物体. ③热传递的三种方式 : 传导 对流 辐射
⑵热和内能
①热量是在单纯传热过程中系统内能变 化的量度. ②内能在两个状态间的改变﹙差值﹚等 于外界向系统传递的热量，即ΔU=Q﹙热传 递过程与内能的关系﹚. ③热量的概念只在涉及能量的传递时才 有意义 : 不能说物体具有多少热量,只能说 物体吸收或放出了多少热量.
②从可被利用的价值来看,内能较之 机械能、电能等,是一种低品质的能量. ③能量耗散虽然不会使能的总量减少, 却会导致能量的品质降低. ④虽然能量不会减少但能源会越来越 少,所以应当节约能源.
⑵能源与人类社会发展 ⑶能源与环境 ⑷开发新能源
W Q
任何一部热机都包含三个部分 : 高温热库,如蒸汽机的锅炉,内燃机的汽缸; 工作部分, 低温热库,如冷凝器﹙尾喷管,大气等﹚.
即使漏气、机体散热、摩擦造成的热量 散失可以减少,甚至不考虑时,工质吸收的热 量仍然不能全部变成功.因为总有一部分热 量要排放给低温热库,即总有Q>W, ∴ 1.
④由此,热力学第二定律又可以表述如下 不可能从单一热库吸收热量,使之完全用 于做功,而不产生其他影响. 开尔文表述阐述的是机械能与内能转化 的方向性 : 机械能可以全部转化为内能,内 能却无法全部用于做功而转化成机械能.
⑤热力学第二定律的克劳修斯表述和开 尔文表述是等价的.两种表述可以互相推导. 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程 都具有方向性,定律揭示了有大量分子参与 的宏观过程的方向性 : 一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的.这种不可逆 性都是互相关联的,由一种过程的不可逆性 可以通过推理得知另一种过程的不可逆性. 由此,对任何一类宏观过程进行的方向的说 明,都可以作为热力学第二定律的表述.
﹙开尔文表述﹚ ①热机 凡是把内能转变为机械能的机器都 叫做热机.如 蒸汽机 内燃机﹙汽油机,柴油机﹚ 汽轮机﹙蒸汽轮机,燃气轮机﹚ 喷气发动机
②热机中热量损失的途径 : 漏气、机 体散失和摩擦,废气. 由于热量损失,热机输出的机械功W总 是小于燃料燃烧释放的热量Q.
③热机的效率 热机输出的机械功与燃料燃烧产生的热 量的比,叫做热机的效率.
热力学定律
1.功和内能
⑴焦耳的实验
①使系统的热力学状态发生变化的 两个途径是做功和传热. ②与外界没有热交换的过程叫做绝 热过程. ③焦耳的实验说明 : 使系统状态通过 绝热过程发生变化时,做功的数量只由过 程的始末状态决定,而与做功的方式无关.
⑵内能
①功是能的变化的量度. ②任何热力学系统都存在一个只依赖 于系统自身状态的物理量—内能. ③内能在两个状态间的改变﹙差值﹚等 于外界在绝热过程中对系统所做的功，即 ΔU=W ﹙做功过程与内能的关系﹚.
⑷第二类永动机不可能制成
能从单一热源吸收热量,使之完全变 为有用的功而不产生其他影响的热机叫 做第二类永动机. 第二类永动机虽然不违反热力学第一 定律,但是违反了热力学第二定律,所以是 不可能制成的.
5.热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律的微观解释
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.