熱力學(xué)三零定律

克勞修斯首次從宏觀角度提出熵概念(S=Q/T)，而后波爾茲曼又從微觀角度提出熵概念(S=klnW),其兩者是相通的,近代的普里戈金提出了耗散結(jié)構(gòu)理論,將熵理論中引進(jìn)了熵流的概念,闡述了系統(tǒng)內(nèi)如果流出的熵流(dSe)大于熵產(chǎn)生(dSi)時(shí),可以導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)熵減少，即dS=dSi dSe<0，這種情形應(yīng)稱為相對(duì)熵減。但是，若把系統(tǒng)內(nèi)外一并考察仍然服從熵增原理。

熵增原理最經(jīng)典的表述是：“絕熱系統(tǒng)的熵永不減少”，近代人們又把這個(gè)表述推廣為“在孤立系統(tǒng)內(nèi)，任何變化不可能導(dǎo)致熵的減少”。熵增原理如同能量守恒定律一樣，要求每時(shí)每刻都成立。關(guān)于系統(tǒng)現(xiàn)在有四種說(shuō)法，分別叫孤立、封閉、開(kāi)放和絕熱系統(tǒng)，孤立系統(tǒng)是指那些與外界環(huán)境既沒(méi)有物質(zhì)也沒(méi)有能量交換的系統(tǒng)，或者是系統(tǒng)內(nèi)部以及與之有聯(lián)系的外部?jī)烧呖偤?，封閉系統(tǒng)是指那些與外界環(huán)境有能量交換，但沒(méi)有物質(zhì)交換的系統(tǒng)，開(kāi)放系統(tǒng)是指與外界既有能量又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)，而絕熱系統(tǒng)是指既沒(méi)有粒子交換也沒(méi)有熱能交換，但有非熱能如電能、機(jī)械能等的交換。

參見(jiàn)百科：熱力學(xué)定律2100433B

熱力學(xué)三零定律熱力學(xué)第零定律

A物體與B物體溫度相等，B物體與C物體溫度相等，則A物體與C物體溫度相等。

熱力學(xué)三零定律熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律也叫能量守恒定律：自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，在傳遞與轉(zhuǎn)化中能量的數(shù)量不變。另一種表述：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。

熱力學(xué)三零定律熱力學(xué)第二定律

1、克勞修斯說(shuō)法：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。

2、開(kāi)爾文說(shuō)法：不可能從單一熱源吸取熱使之完全變成功，而不發(fā)生其他變化。從單一熱源吸熱作功的循環(huán)熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)，所以開(kāi)爾文說(shuō)法的意思是“第二類永動(dòng)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)”。

為什么沒(méi)有永動(dòng)機(jī)，就是因?yàn)橛徐氐脑颉?

TdS = dU pdV und Qrev=TdS

表述

如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。這一結(jié)論稱做“熱力學(xué)第零定律”。

熱力學(xué)第零定律的重要性在于它給出了溫度的定義和溫度的測(cè)量方法。

定律中所說(shuō)的熱力學(xué)系統(tǒng)是指由大量分子、原子組成的物體或物體系。它為建立溫度概念提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。這個(gè)定律反映出：處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個(gè)共同的宏觀特征，這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個(gè)數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù)，這個(gè)狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。而溫度相等是熱平衡之必要的條件。

適用范圍

第零定律是在不考慮引力場(chǎng)作用的情況下得出的，物質(zhì)（特別是氣體物質(zhì)）在引力場(chǎng)中會(huì)自發(fā)產(chǎn)生一定的溫度梯度。如果有封閉兩個(gè)容器分別裝有氫氣和氧氣，由于它們的分子量不同，它們?cè)谝?chǎng)中的溫度梯度也不相同。如果最低處它們之間可交換熱量，溫度達(dá)到相同，但由于兩種氣體溫度梯度不同，則在高處溫度就不相同，也即不平衡。因此第零定律不適用引力場(chǎng)存在的情形。這與限定第二類永動(dòng)機(jī)不成立的第二定律類似。

意義

熱力學(xué)第零定律用來(lái)作為進(jìn)行體系測(cè)量的基本依據(jù)，其重要性在于它說(shuō)明了溫度的定義和溫度的測(cè)量方法。表述如下：

1、可以通過(guò)使兩個(gè)體系相接觸，并觀察這兩個(gè)體系的性質(zhì)是否發(fā)生變化而判斷這兩個(gè)體系是否已經(jīng)達(dá)到熱平衡。

2、當(dāng)外界條件不發(fā)生變化時(shí)，已經(jīng)達(dá)成熱平衡狀態(tài)的體系，其內(nèi)部的溫度是均勻分布的，并具有確定不變的溫度值。

3、一切互為平衡的體系具有相同的溫度，所以一個(gè)體系的溫度可以通過(guò)另一個(gè)與之平衡的體系的溫度來(lái)表示，也可以通過(guò)第三個(gè)體系的溫度來(lái)表示。2100433B

熱力學(xué)第二定律形成

①熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一，是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處（在自然狀態(tài)下）。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過(guò)程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

上述(1)中①的講法是德國(guó)科學(xué)家克勞修斯(Clausius)在1850年提出的。②的講法是開(kāi)爾文于1851年提出的。這些表述都是等效的。

在①的講法中，指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，只有靠消耗功來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在②的講法中指出，自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過(guò)來(lái)熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說(shuō)明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功 ，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過(guò)程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。 ．

②人們?cè)O(shè)想制造一種能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的機(jī)器，這種空想出來(lái)的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。它并不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。有人曾計(jì)算過(guò)，地球表面有10億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低0.25度，放出熱量，將能變成一千萬(wàn)億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能的。

③從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)看，作功是大量分子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而熱運(yùn)動(dòng)則是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。顯然無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)要變?yōu)橛幸?guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率極小，而有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)變成無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率大。一個(gè)不受外界影響的孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部自發(fā)的過(guò)程總是由幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)進(jìn)行，從此可見(jiàn)熱是不可能自發(fā)地變成功的。

④熱力學(xué)第二定律只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過(guò)程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它推廣到無(wú)限的宇宙。

⑤根據(jù)熱力學(xué)第零定律，確定了狀態(tài)函數(shù)——溫度；

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，確定了狀態(tài)函數(shù)——內(nèi)能和焓；

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，也可以確定一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)——熵?？梢杂渺貋?lái)對(duì)第二定律作定量的表述。

熱力學(xué)第二定律過(guò)程

第二定律指出在自然界中任何的過(guò)程都不可能自動(dòng)地復(fù)原，要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用，由此可見(jiàn)，熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過(guò)程的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異，這種差異決定了過(guò)程的方向，人們就用狀態(tài)函數(shù)熵來(lái)描述這個(gè)差異，從理論上可以進(jìn)一步證明:

可逆絕熱過(guò)程S_f=S_i，不可逆絕熱過(guò)程S_f>S_i，式中S_f和S_i分別為系統(tǒng)的最終和最初的熵。

也就是說(shuō)，在孤立系統(tǒng)內(nèi)對(duì)可逆過(guò)程，系統(tǒng)的熵總保持不變；對(duì)不可逆過(guò)程，系統(tǒng)的熵總是增加的。這個(gè)規(guī)律叫做熵增加原理。這也是熱力學(xué)第二定律的又一種表述。熵的增加表示系統(tǒng)從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變，也就是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài)向更無(wú)規(guī)則，更無(wú)秩序的狀態(tài)演變。熵體現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。

熱力學(xué)第二定律條件

第二定律在有限的宏觀系統(tǒng)中也要保證如下條件：

1．該系統(tǒng)是線性的；

2．該系統(tǒng)全部是各向同性的。

另外有部分推論：比如熱輻射：恒溫黑體腔內(nèi)任意位置及任意波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都相同，且在加入任意光學(xué)性質(zhì)的物體時(shí)，腔內(nèi)任意位置及任意波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都不變。

表述

熱力學(xué)第二定律是闡明與熱現(xiàn)象相關(guān)的各種過(guò)程進(jìn)行的方向、條件及限度的定律。由于工程實(shí)踐中熱現(xiàn)象普遍存在， 熱力學(xué)第二定律應(yīng)用范圍極為廣泛，諸如熱量傳遞、熱功互變、化學(xué)反應(yīng)、燃料燃燒、氣體擴(kuò)散、混合、分離、溶解、結(jié)晶、輻射、生物化學(xué)、生命現(xiàn)象、信息理論、低溫物理、氣象以及其他許多領(lǐng)域。

熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法：

1850 年， 克勞修斯(Dudolf Clausius)從熱量傳遞方向性的角度提出: 熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體。

這里指的是“自發(fā)地、不付代價(jià)地”。通過(guò)熱泵裝置的逆向循環(huán)可以將熱量自低溫物體傳向高溫物體， 并不違反熱力學(xué)第二定律， 因?yàn)樗腔舜鷥r(jià)而非自發(fā)進(jìn)行的。非自發(fā)過(guò)程(熱量自低溫傳向高溫) 的進(jìn)行， 必須同時(shí)伴隨一個(gè)自發(fā)過(guò)程(機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮? 作為代價(jià)、補(bǔ)充條件， 后者稱為補(bǔ)償過(guò)程。

熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文說(shuō)法：

1824 年， 卡諾(Sadi Carnot )最早提出了熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的根本條件:“ 凡有溫度差的地方都能產(chǎn)生動(dòng)力。”實(shí)質(zhì)上， 它是熱力學(xué)第二定律的一種表達(dá)方式。隨著蒸汽機(jī)的出現(xiàn)， 人們?cè)谔岣邿釞C(jī)效率的研究中認(rèn)識(shí)到， 只有一個(gè)熱源的熱動(dòng)力裝置是無(wú)法工作的， 要使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能至少需要兩個(gè)( 或多于兩個(gè))溫度不同的熱源， 通常以大氣中的空氣或環(huán)境溫度下的水作為低溫?zé)嵩矗?另外還需有高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩矗?例如高溫?zé)煔狻?851 年左右， 開(kāi)爾文( LordKelvin)和普朗克(Max Planck) 等人從熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的角度先后提出更為嚴(yán)密的表述， 被稱為熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文說(shuō)法: 不可能制造出從單一熱源吸熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

方向性

1、 功熱轉(zhuǎn)化

功可以自動(dòng)地轉(zhuǎn)化為熱，功轉(zhuǎn)熱是不可逆過(guò)程， 其反向過(guò)程， 即降低流體的熱力學(xué)能或收集散給環(huán)境的熱量轉(zhuǎn)化為功重新舉起重物恢復(fù)原位的過(guò)程， 則不能單獨(dú)地、自動(dòng)地進(jìn)行， 熱不可能全部無(wú)條件地轉(zhuǎn)化為功。

2、熱永遠(yuǎn)只能由熱處傳到冷處（在自然狀態(tài)下）。

熱量一定自動(dòng)地從高溫物體傳向低溫物體； 而反向過(guò)程， 熱量由低溫傳回高溫、系統(tǒng)回復(fù)到原狀的過(guò)程，則不能自動(dòng)進(jìn)行， 需要依靠外界的幫助。

熵及熵增原理

熵是與熱力學(xué)第二定律緊密相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。它是判別實(shí)際過(guò)程的方向，提供過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)、是否可逆的判據(jù)， 在過(guò)程不可逆程度的量度、熱力學(xué)第二定律的量化等方面有至關(guān)重要的作用。

克勞修斯首次從宏觀角度提出熵概念(

這種情形應(yīng)稱為相對(duì)熵減。但是，若把系統(tǒng)內(nèi)外一并考察仍然服從熵增原理。

熵增原理最經(jīng)典的表述是：“絕熱系統(tǒng)的熵永不減少”，近代人們又把這個(gè)表述推廣為“在孤立系統(tǒng)內(nèi)，任何變化不可能導(dǎo)致熵的減少”。熵增原理如同能量守恒定律一樣，要求每時(shí)每刻都成立。關(guān)于系統(tǒng)有四種說(shuō)法，分別叫孤立、封閉、開(kāi)放和絕熱系統(tǒng)，孤立系統(tǒng)是指那些與外界環(huán)境既沒(méi)有物質(zhì)也沒(méi)有能量交換的系統(tǒng)，或者是系統(tǒng)內(nèi)部以及與之有聯(lián)系的外部?jī)烧呖偤?，封閉系統(tǒng)是指那些與外界環(huán)境有能量交換，但沒(méi)有物質(zhì)交換的系統(tǒng)，開(kāi)放系統(tǒng)是指與外界既有能量又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)，而絕熱系統(tǒng)是指既沒(méi)有粒子交換也沒(méi)有熱能交換，但有非熱能如電能、機(jī)械能等的交換。