热力学第一定律和第二定律

热力学第一定律和热力学第二定律

通过我们对物理及热力学的学习发现了这样的规律：凡是牵涉到热现象的一切过程都有一定的方向性和不可逆性，例如热量总是从高温物体自发地传向低温物体，而从未看到热量自发地从低温物体传向高温物体，例如当我们拥有一杯热水可以通过等待热水向周围空气散热得到一杯凉水，可是当我们需要这杯凉水重新变成热水时，单纯等待散失到周围空气的热量重新回来却不可能。又如机械能可以通过摩擦无条件地完全地转化为热量，但是热能无法在单一热源下自发地转换为机械能。

这种自然规律虽然有时候不能如我们所愿，但它对我们意义重大。可以说是人类在地球上赖以生存的基础。

我们却难以设想传热方向未知状态下的混乱。我们不知道传热的方向，从而会不知道一杯热水放在环境中会变凉还是会继续升温，何时才能变凉，我们把凉水放在炉子上加热却不知道热量是从凉水传向炉子，还是从炉子传向凉水。我们会得到热水还是更凉的凉水。

从这个意义上说正如交通红绿灯是交通畅通无阻的保证传热方向规律是自然界热领域中的红绿灯。

热不可能自发地不付代价地从低温物体传至高温物体，这就是克劳修斯说的热力学第二定律

不可能制造出从单一热源吸热使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机这就是开尔文说的热力学第二定律

总结热力学第二定律的两种说法的自然过程总是使系统趋于平衡能

量从高位趋于低位，存在着

不平衡的自然界，无时无刻不发生着这种变化——机械运动产生热量高温物体将热量传向低温物体。高温物体将热量传向低温物体的过程中又可能产生机械运动。

生命过程、化学过程、核反应过程都伴随着热过程的发生，自然界的运动变化中热现象担任着重要的角色。生活常识告诉我们冬天冷玻璃杯遇开水会破裂，这些都是物质表现出来的各种热湿现象，由于地球不停地运动和变化，经过漫长的地质年代逐渐在地壳内部积累了巨大的能量。形成了巨大的应力作用，当大地构造应力或热应力使地壳某些脆弱的地带承受不了，时发生错位或断裂以波的形式传到地面就形成了地震研究火山的学者认为；热是各种地质作用的原始驱动力，火山活动是地球内部热的不均匀性的地表，反映海底的地震和火山喷发可能引起海水中形成巨大的海浪并向外传播。这就是海啸森林中的落叶和腐朽的树干等，可燃物在干燥的气候条件下，因某些火源的引发极易产生森林大火。又如高温洋面通过蒸发而把大

量的水汽输入大气，即把从海洋得到的潜热释放于大气层中，产生不平衡在高层通风条件不良的状况下，热量不能扩散到大范围空间中去当低空有辐合的流场或高空有辐散的流场时，就形成了台风，

地球灾害的每一次发生也就是地球能量的一次巨大释放，试想如果这种能量在地球自己爆发前

能被人类开发利用起来，是多么的巨大加上避免了灾害的发生这种景象是多么的美好，地球自由运行的过程中将蕴藏越来越大的热能，或

者形成越来威胁，人类如果能将潜在的热能开发利用出来，或者在高温热源和低温热源中间装上热机，让温差做功高温热源的热量，就能在传向低温热源的过程中为人类做贡献，从而避免地球因过度的能量积蓄或温湿度差异发生灾害，人类利用自然能量有许多成功的例子，例如风能、太阳能、潮汐能的应用。然而自然界蕴藏的热能和温差能的却因为其效率低成本高未能得到广泛深入的开发利用。而事实上热能和温差是众多地球灾害之源。将开发热能和温差。能避免掉的地球灾害造成的损失计入收益。热能和温差能的开发利用就太有价值了。不仅如此温差能和地球蕴藏的热能如果能被利用起来其数量绝不是一个小数字，

热力学第一定律概述

热力学第一定律即为能量转化和守恒定律：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数量不变。

热机及其效率

18世纪第一台蒸汽机问世后,经过许多人的改进,特别是纽科门和瓦特的工作,使蒸汽机成为普遍适用于工业的万能原动机,但其效率却一直很低,只有3%5%左右,95%以上的热量都未被利用。其他热机的效率也普遍不高,譬如:液体燃料火箭效率48%,柴油机效率37%,汽油机效率25%等等。

人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么?热机效率的提高有没有一个限度?

工作物质从高温热源吸热所增加的内能不能全部转化为对外做的有用功,还需对外放出一部分热量,这是由循环过程的特点决定的。

热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。直到今天，不但没有发现违反这一定律的事实，相反的，大量新的实践不断地证明这一定律的正确性，扩充着它的实践基础，丰富着它所概括的内容。

综上所述，热力学第一定律是热力学的基础，而且在能源方面有广泛的应用，能源是人类社会活动的物质基础，社会得以发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用，能量资源的范围随着科学技术的发展而扩大，所以热力学第一定律的广阔发展前景也将越来越光明。

热力学与能源的关系

工程热力学是以研究热能与其他形式的能量相互转换规律、工质的热力性质及各种热力装置工作情况的分析的一门学科。目前，热力学的研究范围已涉及到化工、冶金、冷冻、空调以及近代的低温、超导、电磁及生物等各个领域。工程热力学属于应用科学的范畴，是工程科学的重要领域之一，是工程类各专业本科生重要的专业基础课，是农业工程类、能源工程类、食品工程类、交通运输类、林业工程类、机械工程类、农业设施与环境工程类、电气信息类等专业的主要专业基础课之一。它也是设计计算和分析各种动力装置、制冷机、热泵空调机组、锅炉及各种热交换器的理论基础。

总之，工程热力学在生活中的运用随处可见，它已经是我们日常生活里必不可少的一部分，与之密切联系的便是能源问题。而自然能源的开发和利用更是人类走向繁荣的起点能源开发和利用的程度是生产发展的一个重要标志。所谓能源是指为人类生产和日常生活提供各种能量和动力的物质资源。迄今为止，自然界中已为人们发现的可被