热力学定律及其微观本质读后感

《热力学定律及其微观本质》读后感

能电院电气四班丁小柳0905020414 读了《热力学定律及其围观本质》这篇论文，体会和收获还是蛮多的。它很有条理的从它的宏观表达和具体应用后，然后应用分子动理论和统计物理学知识揭示了他们的微观本质。

一、热力学四大定律（虽然我们现在只学了两大定律）：

1、热力学第零定律——能量守恒定律在热学形式的表现。

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。

另一种表述：处于热力学平衡状态的所有物质均具有某一共同的宏观物理性质。

2、热力学第一定律——能量守恒定律在热学形式的表现。

我们知道热力学第一定律的表达式是ΔU = Q+ W（这里的W是外界对系统做的功），也就是说物体吸收的热量等于物体对外界做的功与物体内能增加之和。这从另一个角度体现了能量守恒定律

（1）能量守恒定律

大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。

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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。

（2）永动机不可能制成

历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。

这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。

3、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）

①在与外界没有物质和能量交换的封闭系统（如热水瓶）中，

②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。

①的讲法是了克劳修斯在1850年提出的。②的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。

在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。

在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。

4、热力学第三定律——绝对零度不可达到但可以无限趋近。

虽然我们没有学过热力学第三定律，但是它越是也是四大定律里重要的一大定律。热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是等温可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。在绝对零度，任何完美晶体的熵为零；称为热力学第三定律。热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。

二、热力学定律的微观本质

这篇文章虽然阐述了热力学的四大定律，但是所讲的微观本质主要针对第二、三定律

1、第一定律的微观本质：对于组成不变的封闭体系，内能的改变只能是体系与环境之

间通过热和功的交换来体现。

2、第二定律的微观本质：孤立系统内自发的不可逆过程总是从出现概率小的宏观状态向出现概率大的宏观状态经行。

从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。

就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。

3、第三定律的微观本质：S=k㏑Ω=0

在0K时任何纯物质的完美晶体的熵值为零。

在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的个图。而是鼓励人们想方高法尽可能接近绝对零度。目前使用绝热去磁的方法已达到10.6K，但永远达不到0K。

这就是我读完这篇文章的感想，感觉受益匪浅，但是有些地方还有很多疑惑，需要通过各种途径及时搞懂。其实每门学科甚至是每个专题，其中所包含的知识都是非常丰富的，我们所知道和掌握的只是冰海一角而已。一句话，科学史永无止境的。