物理热力学论文

1、理与人文精神理与人文精神热力学部分姓名：xx院系：计算机与通信工程学院班级：计算机科学与技术学号：1000010101摘要：热力学第一定律其实是包括热现象在内的能量转换与守恒 定律。热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定 律。热力学第三定律也就是绝对零度不能达到原理。热力学所研究的 物质宏观性质，特别是气体的性质，经过气体动理论的分析，才能了 解其基本性质。气体动理论，经过热力学的研究而得到验证，两者相 互补充。人们同时发现，热力学过程包括自发过程和非自发过程，都 有明显的单方向性，都是不可逆过程。但从理想的可逆过程入手，引 进熵的概念后，就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆

2、性。因此， 在热力学中，熵是一个十分重要的概念。关键词：热力学三大定律 卡诺循环实际生活中，不论是哪种运动形态，都只能以热的形式进行耗散， 热力学定律适应于各种形态并能给予解释。所以说热力学与我们的实 际生活息息相关，借助这次的人文物理选修课，我对热力学的三大定 律和熵有了更深的理解。热力学是热学理论的一个方面。热力学主要是从能量转化的观点 来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时 遵从的宏观规律。它是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不 涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。因此它是一种唯一的宏 观理论，具有高度的可靠性和普遍性。在一般情况下，当系统状态变化时，作功与

3、传递热量往往是同时 存在的。如果有一个系统，外界对它传递的热量为Q，系统从内能为 E1的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态，同时系统对外做功为A,那么，不论过程如何，总有:Q= EE +A上式就是热力学第一定律。意义是：外界对系统传递的热量，一 部分是系统的内能增加，另一部分是用于系统对外做功。不难看出， 热力学第一定律其实是包括热量在内的能量守恒定律。它还指出，作 功必须有能量转换而来，很显然第一类永动机违反了热力学第一定 律，所以它根本不可能造成的。物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态，这样的周而复 始的变化过程称为循环过程，或简称循环。经历一个循环，回到初始 状态时，内能没

4、有改变，这是循环过程的重要特征。卡诺循环就是在 两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循 环过程。在完成一个循环后，气体的内能回到原值不变。卡诺循环还 有以下特征：要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源：卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温度越高， 低温热源的温度越低，卡诺循环效率越大，也就是说当两热源的 温度差越大，从高温热源所吸取的热量Q1的利用价值越大。卡诺循环的效率总是小于1的（除非T2=0K）。那么热机的效率能不能达到100%呢？如果不可能到达100%，最大 可能效率又是多少呢？有关这些问题的研究就促进了热力学第二定 律的建立。第一类永动机失败后

5、，人们就设想有没有这种热机：它只从一个 热源吸取热量，并使之全部转变为功，它不需要冷源，也没有释放热 量，这种热机叫做第二类永动机。经过无数的尝试证明，第二类永动 机同样是一种幻想，也是不可能实现的。就上面介绍的卡诺循环，它 也是个理想循环，工作物质从高温热源吸取热量后，经过卡诺循环， 总是向低温热源放出一部分的热量，才能回复到初始状态，所以说卡 诺循环的效率不可能达到1。热力学第二定律开尔文叙述是这样的：不可能制成一种循环动作 的热机，只从一个热源吸取热量，使之全都变为有用的功，而不产生 其他影响。从文字上看，热力学第二定律开尔文叙述反映了热功转换 的一种特殊规律。1850年，克劳修斯在大量

6、实验的基础上提出了热 力学第二定律的另外一种说法：热量不可能自动地从低温物体传向高 温物体。要是热量从低温物体传向高温物体，靠自发是不可能的，必 须依靠外力作功。克劳修斯的叙述正是反映了热量传递的这种特殊规 律。热力学第二定律的两种描述是等价的。根据热力学第二定律，我们论证了一切与热现象有关的实际宏观 过程都是不可逆的。当给定系统处于非平衡状态时，总要发生从非平 衡态向平衡态的自发性过渡；反之当系统处于平衡态时，系统却不可 能从平衡态向非平衡态过渡。所以我们希望找到一个与平衡状态有关 的状态函数，根据这个状态函数单向变化的性质来判断实际过程进行 的方向。我们把这个状态函数叫做熵，以s表示。熵是

7、根据热力学第 二定律引入的一个新的定义，它在热学理论中占有核心的重要地位。 在一个可逆绝热循环中，系统的熵的变化值等于零。但在封闭系统中 发生的任何不可逆过程，都导致了整个系统的熵的增加，系统的熵只 有在可逆过程中才是不变的。这个普遍结论叫做熵增加原理。如果把 系统和外界作为整个封闭系统考虑，则系统的总熵是不可能减少的。在可逆过程的情况下，总熵保持不变，而在不可逆过程的情况下，总 熵一定增加。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热 过程，所以熵增加原理也可表为：一个孤立系统的熵永远不会减少。 它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统 达到平衡态时，熵达到最大值。因

8、此，我们可以根据熵的变化和最大 值确定了孤立系统过程进行的方向和限度。也是基于这个原因，我们 把熵增加原理看作是热力学第二定律的另一种叙述形式。在100多年后的今天，熵的踪迹已经遍于自然科学、社会科学 的各个领域，成为众多学科研究的一个新的焦点。卡诺从理论上论证 了热机存在极限和可逆卡诺热机的效率最大，这为改进蒸汽机做出了 重大的理论突破，同时为热力学的进一步发展奠定了坚实的基础。热力学第三定律是独立于热力学第一、二定律之外的一个热力学 定律，是研究低温现象而得到的。它的主要内容是奈斯特热定理，或 绝对零度不能达到原理。热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭 系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加， 但理想气体如果是绝热可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并 不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。热力学它在现实社会中扮演着重要的角色，人们也正在更多的把 它应用与我们息息相关的生活中来，来改造社会，你很难想象我们的 哪一项日常活动与热力学没一点联系，认识到它的重要性，所以我每 次都会去按时上课，在您的课堂上，我重新回顾了以前物理学过的知 识，感觉收获挺大，个人感觉，您很