熱力學(xué)三大定律內(nèi)容 如何解讀熱力學(xué)三個定律
2018-11-10 15:53:12文/丁雪竹有很多的同學(xué)是非常想知道,熱力學(xué)三大定律內(nèi)容是什么,如何解讀熱力學(xué)三個定律,小編整理了相關(guān)信息,希望會對大家有所幫助!

熱力學(xué)三大定律的內(nèi)容有哪些
通常表述為絕對零度時,所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零。
是否存在降低溫度的極限?1702年,法國物理學(xué)家阿蒙頓已經(jīng)提到了“絕對零度”的概念。他從空氣受熱時體積和壓強都隨溫度的增加而增加設(shè)想在某個溫度下空氣的壓力將等于零。根據(jù)他的計算,這個溫度即后來提出的攝氏溫標約為-239°C,后來,蘭伯特更精確地重復(fù)了阿蒙頓實驗,計算出這個溫度為-270.3°C。他說,在這個“絕對的冷”的情況下,空氣將緊密地擠在一起。他們的這個看法沒有得到人們的重視。直到蓋-呂薩克定律提出之后,存在絕對零度的思想才得到物理學(xué)界的普遍承認。
1848年,英國物理學(xué)家湯姆遜在確立熱力溫標時,重新提出了絕對零度是溫度的下限的。
1906年,德國物理學(xué)家能斯特在研究低溫條件下物質(zhì)的變化時,把熱力學(xué)的原理應(yīng)用到低溫現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)過程中,發(fā)現(xiàn)了一個新的規(guī)律,這個規(guī)律被表述為:“當絕對溫度趙于零時,凝聚系(固體和液體)的熵(即熱量被溫度除的商)在等溫過程中的改變趨于零?!钡聡锢韺W(xué)家普朗克把這一定律改述為:“當絕對溫度趨于零時,固體和液體的熵也趨于零。”這就消除了熵常數(shù)取值的任意性。1912年,能斯特又這一規(guī)律表為絕對零度不可能達到原理:“不可能使一個物體冷卻到絕對溫度的零度?!边@就是熱力學(xué)第三定律。
在統(tǒng)計物理學(xué)上,熱力學(xué)第三定律反映了微觀運動的量子化。在實際意義上,第三定律并不像第一、二定律那樣明白地告誡人們放棄制造第一種永動機和第二種永動機的個圖。而是鼓勵人們想方高法盡可能接近絕對零度。目前使用絕熱去磁的方法已達到10 6K,但永遠達不到0K。
怎么解讀熱力學(xué)
第一定律:能量守恒定律
由愛因斯坦狹義相對論中所述mass-energy equivalence。能否理解為在一個孤立系統(tǒng)中,能量增加等價于質(zhì)量增加,能量減少等價于質(zhì)量減少。質(zhì)量是能量的另一種表示方法。那么第一定律為何不從相對論的角度做適量的修改。
第二定律:自發(fā)反應(yīng)熵增原理
既然孤立系統(tǒng)小范圍自發(fā)熵減反應(yīng)已經(jīng)被觀察到。那么如何修正第二定律的適用范圍?
第三定律:完美純物質(zhì)晶體在絕對零度熵為零。此處提到晶體是否意味著第三定律的物質(zhì)狀態(tài)為固態(tài)。是否意味著愛因斯坦-玻色凝聚態(tài)(氣態(tài))熵不為零。
所有熱力學(xué)定律的公式
理想氣體定律:pV=nRT,以下V為摩爾體積,也就是V/n
熱容之間關(guān)系:Cp=Cv+R,γ(比熱比容)=Cp/Cv
熱力學(xué)第一定律:dU=dq+dw,w為外力對系統(tǒng)做功,
∵w=-∫fdl=-∫pSdl=-∫pdV
∴dU=dq-pdV
∵q是關(guān)于T的函數(shù),所以U可表示為T、V的函數(shù)
∴dU=CvdT+CtdV,對于理想氣體而言,Ct為零,對于真實氣體而言,Ct很小
∴dU=CvdT恒成立
dU=0,pdV=dq
△q=∫(過程1到2)pdV=∫(過程1到2,默認后面都是)RTdV/V=RT*ln(V2/V1)=RT*ln(p1/p2)
dV=0,即dw=0
dU=dq=CvdT,然后積分
dp=0
dq=dU+pdV=CvdT+d(pV)=CvdT+RdT=CpdT
(可直接理解為壓強不變時,溫度直接決定輸入的熱能)
dq=0
dU=dw=-pdV=CvdT
∴-RTdV/V=CvdT
∴-RdV/V=CvdT/T
∴-R∫dV/V=Cv∫dT/T
∴R*ln(V1/V2)=Cv*ln(T2/T1)
∴(V1/V2)^R=(T2/T1)^Cv
(V1/V2)^(γ-1)=T2/T1,就得到了體積變化與溫度變化的關(guān)系
∵T=pV/R
∴代入得(V1/V2)^γ=p2/p1,即p1*V1^γ=p2*V2^γ,pV^γ=常量,
就得到變化壓強與變化體積的關(guān)系
定義新量:H(焓)=U+pV
∵dU=dq-pdV
∴dU+d(pV)=dq+Vdp,dU+d(pV)=d(U+pV)=dH=dq+Vdp
定義新量:dS(熵)=dq/T,△S=∫dq/T
熱力學(xué)第二定律:自發(fā)過程△S>0,可逆過程△S=0
用來判斷是否是自發(fā)過程
∵△S>0
∴在恒定溫度時,比如說非密閉容器的化學(xué)反應(yīng)
dS>dq/T,(恒定溫度時,∫dq/T=0)
∴變換得dq-TdS
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