熱力學三大定律的內容是什麼?

王龍森

答:熱力學三大定律+熱力學第零定律,構成了熱力學的四個基本定律。


我們分別來看:

熱力學第一定律:即能量守恆定律!

這是人類在不斷總結中得到的,說的是能量既不能創生也不能泯滅,對應公式為ΔU=ΔQ+ΔW;但是在相對論中,這條定律將更正為質能守恆定律。




熱力學第二定律:即是熵增定律!

可以表述為:熱量只能自發地,從高溫物體傳遞到低溫物體,而不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。公式為ΔS≥ΔQ/T,即是說一個封閉系統的熵,只能增加或者不變,不可能減小。

這條定律的誕生並不順利,它和能量守恆定律相互獨立,甚至到了十九世紀末,還有很多人質疑這條定律,比如麥克斯韋提出著名的“麥克斯韋妖”,就是質疑熱力學第二定律的。



麥克斯韋妖之所以違背熱力學第二定律,是因為信息的獲取,並不能不勞而獲。


熱力學第三定律:絕對零度不可達到!

絕對零度意味著系統的熵為零,換句話說,熱力學過程在有限步驟中不可能達到絕對零度;而且在量子力學中,更不允許這樣的狀態存在!


熱力學第零定律:熱平衡定律!

該定律說的是,兩個熱力學系統都和第三個系統達到熱平衡,那麼這兩個系統也必定處於熱力學平衡。正是這一定律,使得熱力學溫度有了嚴格的定義。



以上就是熱力學的四個基本定理,各自獨立,缺一不可!



艾伯史密斯

熱力學是從經驗中總結出來的基本原理,就是說基礎不牢固,但這並不能掩蓋其光輝,熱力學的歷史是一部血淚史,自殺的、砍頭的、被送進精神病院的,都一大堆了,這說明了科學探索的不易。

現在說一下第零定律。

第零定律由英國物理學家福勒提出,這位也是位大神,他的老丈人就是鼎鼎大名的盧瑟福,盧瑟福有一個學生就是量子論創始人玻爾,因為這層關係,他和整個量子學派關係不錯,他有兩個學生也是大名鼎鼎,一個是狄拉克,一個是錢德拉塞卡。

這就是那個索爾維會議的著名照片,最後一排右起第二個就是他。

扯遠了,還是繼續說第零定律。第零定律是說如果兩個熱力學系統都和第三個熱力學系統平衡,那麼這兩個熱力學系統也平衡,這就是一句大白話是吧,確實是,熱力學定律都是大白話。

可是為什麼叫第零定律,而不叫第四定律,因為這一定律比其他三個定律更基礎,可它提出的又晚,只能叫第零定律了,要是它提出的早,其餘三個就依次後推了。

那麼為什麼第零定律更基礎呢?因為它定義了溫度,不對吧,溫度不是早就提出了嗎?是的,第一個溫度計就是伽利略製造的,而溫度的劃分還是偉大的爵爺牛頓提出的,現在可以想見牛頓的偉大了吧,什麼地方都有他。

伽利略溫度計

可是當初只是知道了第零定律的應用,並沒有明確提出啊,可以用溫度計來簡單說下第零定律,把溫度計放入熱水中,首先玻璃管和熱水達到熱平衡,同時玻璃管裡面的水銀也和玻璃管達到熱平衡,所以我們就認為水銀也和熱水達到了熱平衡,水銀的溫度就是熱水的溫度。

可以看一下其它三個定律,雖然都提到了溫度,但是都沒有說溫度是什麼。

第一定律說的是熱量的傳遞,熱量這個詞不對,這是熱質說的遺留概念,先這麼說吧,第二定律說的是熱不可能自動從低溫物體傳到高溫物體,第三定律說絕對零度不可能達到,這些都涉及到了溫度,可是誰也沒說過溫度是什麼。

那麼溫度到底是什麼啊,從熱力學第零定律來看,處在同一熱平衡狀態的所有的熱力學系統都具有一個共同的宏觀特徵,這一特徵是由這些互為熱平衡系統的狀態所決定的一個數值相等的狀態函數,現在我們已經知道了,這個狀態函數就是分子熱運動的平均動能,就是溫度。


閒時亂翻書

很高興回答你的問題。以下分別來答。

熱力學第一定律:能量守恆定律

這個定律相信大家都特別熟悉,正式描述為自然界中的一切物質都具有能量,能量有各種不同形式,能夠從一中形式轉化為另一種形式,但在轉化過程中能量的總值保持不變。熱力學第一定律19世紀被提出,邁耶、焦耳和亥姆霍茲三維偉大科學家做出巨大貢獻,能量守恆定律最好的例子就是那個時代的蒸汽機,把熱能轉化為機械能。該定律是由人類總結的經驗,事實證明你違背該定律的實驗都以失敗告終,足以證明該定律的正確性。

其又可以表述為:第一類永動機是不可能造成的。

第一類永動機:一種既不靠外界提供熱量,自身也不減少能量,卻能對外不斷工作的機器。

熱力學第二定律:熵增定律

其有三種描述分別是:不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化;不可能製成一種循環動作的熱機,從單一熱源取熱,使之完全變為功而不引起其它變化;孤立系統的熵永不自動減少,熵在可逆過程中不變,在不可逆過程中增加。自然界中任何過程都不可能自動復原,要想把一個系統從終態恢復到初態,必須有外界的能量介入。第二定律引出熵的定義:簡單的解釋就是系統的混亂度,任何系統都是自發的從低混亂度到高混亂度發展(例如我們乾淨整齊的屋子趨向混亂的屋子)。

其又可以表述為:第二類永動機是不可能造成的。

第二類永動機:只有單一的熱源,它從這個單一熱源吸收的熱量,可以全部用來做功,而不引起其他變化。

熱力學第三定律:絕對零度不可達到

熱力學系統中的熵在溫度趨近於決定零度的時候趨於定值。

(所有圖片來源網絡,侵刪)

熱力學第零定律

此定律是在熱力學三大定律提出後,提出來的,因為比較重要所以叫做熱力學第零定律,有興趣的讀者自行查閱資料,熱量學是有四大定律的。


微言淺見,祝好。


黑洞家的鏟屎官

我沒有學過物理也不知正統的物理學是怎麼解釋熱力學的,但我有我解釋,一,熱能量就是熱力學的基礎,二,熱力燃燒,形成光線,膨脹。三,熱脹力產生動力,斥力,是和冷縮力(吸力,固力)相互形成的。以上三點或許也可稱為熱力學的三大定律……


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