热力学共有几条定律?

2024年11月22日 15:45
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热力学定律:

1 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。图中A热力学第零定

律示意图、B热力学第零定律示意图、C热力学第零

定律示意图为3个质量和组成固定,且与外界完全隔

绝的热力系统。将其中的B、C用绝热壁隔开,同时使它

们分别与A发生热接触。待A与B和A与C都达到热平衡时,

再使B与C发生热接触。这时B和C的热力状态不再变化,

这表明它们之间在热性质方面也已达到平衡。第零定律

表明,一切互为热平衡的系统具有一个数值上相等的共

同的宏观性质——温度。温度计所以能够测定物体温度

正是依据这个原理。

2 热力学的基本定律之一,是能量守恒和转换定律的一种表述方式。热力学第一定律指出,热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其他能量相互转换,在传递和转换过程中,能量的总值不变。它的另一种表述方式为:不消耗能量就可以作功的"第一类永动机"是不可能实现的。

3 热力学第二定律是描述热量的传递方向的:
分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能。此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵(entropy)增高的方向发展。熵是一种不能转化为功的热能。熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度。高、低温度各自集中时,熵值很低;温度均匀扩散时,熵值增高。物体有秩序时,熵值低;物体无序时,熵值便增高。现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加。
克劳修斯表述
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。

开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能造成。

若要简捷:
热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体

4 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。
1906年W.H.能斯脱在实验的基础上提出:当温度趋近于
绝对零度(0K)时,凝聚物系等温过程的熵变ΔS也趋近于零:

此即能斯脱热定理 ,也可看 作是第三定律 最 早的表述形式。
它意味着,当温度趋近于0K时,所有凝聚物系的熵值趋近于
一个相同的极限值。1912年M.普朗克在能斯脱热定理的基础
上,进一步假设当温度趋近于0K时,所有纯液体和纯固体的
熵值为零。然而后来的实验事实和统计热力学对熵的讨论都
表明,有些纯态物质(如过冷液体和某些固态化合物)在温度
趋近0K时,仍有一个正的熵值。因此G.N.路易斯和M.兰德尔
将普朗克的假设修正为:在0K时,所有纯物质的完美晶体的
熵值为零。所谓完美晶体是指系统内部已经处于热力学平衡
的晶体,因此热力学第三定律又可表述为:对于热力学系统
中每一个达成内部平衡的方面来说,它对系统的熵的贡献一
定会随热力学温度同趋于零。
根据热力学第三定律,欲求纯物质在某指定状态下的熵
值,只要利用热容、相变焓等热力学数据,计算出此物质从
绝对零度的完美晶体至指定状态下的熵变 ΔS ,即为该状态
下此物质的熵值,称为规定熵或第三定律熵。在温度为 T 时,
处于标准状态的单位物质的量的物质 B 的规定熵称为在此温
度下物质B的标准摩尔熵,记作 (B,T)。常见物质在 298K
的 值可自手册上查到。
1940 年R.H.否勒和 E.A.古根海姆还提出热力学第三定
律的另一种表述形式:任何系统都不能通过有限的步骤使自
身温度降低到0K,称为0K不能达到原理。此原理和前面所述
及的热力学第三定律的几种表述是相互有联系的。但在化学
热力学中,多采用前面的表述形式。

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三条。