Question

热力学的三个定律是什么？

Answer 1

热力学三大定律的本质
一、热力学第一定律的本质

在组成不变的封闭体系中，若发生了一个微小的可逆变化，则根据热力学第一定律，体系内能的变化为

dU = δQ + δW

由统计热力学原理可知，独立粒子体系的内能为U = ∑ni∈i,当封闭体系经历了一个可逆变化后，内能的变化为

(6-74)

上式右边的第一项∑∈idnI表示能级固定时，由于能级分布数发生改变所引起的内能变化值，第二项∑nid∈I则表示能级分布数固定时，由于能级改变所引起的内能增量。从经典力学原理可知，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。

二、热力学第二定律的本质
由熵的热力学定义式及式（6-78），得
(6-79)

上式就是热力学第二定律的表达式，它表明可逆过程的熵变与能级分布数的改变有关。而能级分布数的改变以为意味着体系的微观状态数发生了改变。

熵变是与体系微观状态数或热力学几率Ω的变化相联系的。有公式：

S = kln Ω+ C (6-83)

式中C是积分常数。若Ω=1时，S=0，则上式变成

S = klnΩ

此即Boltzmann定理的数学表达式。由式可见，熵是体系微观状态数的一种量度。微观状态数Ω较少的状态对应于较有序的状态，反之，Ω值大的状态对应于较无序的状态。因此，微观状态数Ω的大小反映了体系有序程度的大小，亦即熵是体系有序程度或混乱程度的量度。当Ω=1时，只有一个微观状态，体系最为有序，混乱程度为零，熵值为零。基于以上讨论，我们可以作如下表述：在孤立体系中，自发变化的方向总是从较有序的状态向较无序的状态变化，即从微观状态数少的状态向微观状态数多的状态变化，从熵值小的状态向熵值大的状态变化，这就是热力学第二定律的本质。

三、热力学第三定律的本质
当T→0时，所有粒子都处于基态能级，此时Ω0=1，即把所有粒子放在一个能级上只有一个放法，体系只有一个微观状态，因此从玻兹曼定理，即式（6-25）可以得出结论：在0K时物质的熵值为零，即

S0 = klnΩ0 = kln1 = 0

上式可以看作是热力学第三定律的统计表达式，这与热力学第三定律的表述“在0K时任何纯物质的完美晶体的熵值为零”的结论是一致的。

Answer 2

Answer 3

[编辑本段]热力学第一定律　　热力学第一定律也就是能量守恒定律。
　　 内容
　　一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和。（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。）
　　表达式:△U=W+Q
　　 符号规律
　　：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用:△U=W+Q时，通常有如下规定：
　　①外界对系统做功，W>0，即W为正值。
　　②系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0,即W为负值
　　③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值
　　④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值
　　⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值
　　⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值
　　 理解
　　从三方面理解
　　1.如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U=W
　　2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q
　　3.在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q
　　 能量守恒定律
　　 内容
　　能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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另一个物体。
　　 能量的多样性
　　物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
　　 不同形式的能量的转化
　　“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。
　　 能量守恒的意义
　　1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量守恒。
　　2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄重宣告了另一类永动机幻想的彻底破灭。
　　3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。
　　 第一类永动机（不可能制成）
　　不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。
　　其不可能存在，因为违背的能量守恒定律 [编辑本段]热力学第二定律　　热力学第二定律有几种表述方式：
　　
　　 克劳修斯表述
　　热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物；
　　 开尔文-普朗克表述
　　不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。
　　 熵表述
　　随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。
　　 关系
　　热力学第二定律的两种表述（前2种）看上去似乎没什么关系，然而实际上他们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。
　　 意义
　　热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
　　 微观意义
　　一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
　　第二类永动机（不可能制成）
　　只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
　　∵第二类永动机效率为100%，虽然它不违法能量守恒定律，但大量事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变成有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温物体，因此效率不会达到100%。第二类永动机违法了热力学第二定律。 [编辑本段]热力学第三定律　　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。 或者绝对零度（T=0K）不可达到。
　　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。 [编辑本段]另外　　 热力学第零定律
　　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，那么它们也必定处于热平衡 。