第六章 热力学基本定律

化学热力学的基本定律化学热力学是研究化学反应中热现象的科学，它揭示了物质在化学反应中的热变化规律。

在化学热力学的研究中，有一些基本定律被广泛应用，帮助我们理解和预测化学反应中的热现象。

本文将介绍化学热力学中的基本定律，包括热力学第一定律、热力学第二定律和熵增定律。

热力学第一定律是热力学的基本定律之一，也称为能量守恒定律。

它表明在一个系统中，能量的总量是守恒的，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。

根据热力学第一定律，系统吸收的热量等于系统内能的增加与对外界所做的功之和。

热力学第一定律的一个重要应用是热力学循环的分析。

在热力学循环中，系统经历一系列的热力学过程，最终回到初始状态。

根据热力学第一定律，整个热力学循环中系统的内能变化为零，即ΔU = 0。

这意味着系统在一个完整的热力学循环中，吸收的热量等于对外界所做的功，系统的总能量保持不变。

热力学第二定律是热力学中另一个重要的定律，也称为熵增定律。

热力学第二定律表明在一个孤立系统中，熵永远不会减少，只会增加或保持不变。

熵是描述系统无序程度的物理量，熵增定律可以解释为自然趋向于混乱的方向。

热力学第二定律还提出了热力学不可逆过程的概念，即在不可逆过程中系统的总熵必定增加。

熵增定律对于化学反应的方向和速率有着重要的影响。

在化学反应中，如果系统的总熵增加，那么这个反应是自发进行的；反之，如果系统的总熵减少，那么这个反应是不自发进行的。

通过熵增定律，我们可以预测化学反应的进行方向，以及了解反应的自发性和不可逆性。

除了热力学第一定律和热力学第二定律外，熵增定律也是化学热力学中的重要定律之一。

熵增定律指出在一个孤立系统中，熵的总变化永远大于等于零，即ΔS ≥ 0。

这意味着孤立系统中的熵永远不会减少，只会增加或保持不变。

熵增定律也可以解释为自然趋向于混乱的方向，系统总是倾向于朝着熵增加的方向发展。

热力学的基本定律摘要关于热力学，它其实是一个既复杂又简单的物理问题，我们在大学暂时学了大学物理、固体物理、统计物理。

下面我就以统计物理中的热力学为题，为大家具体解读一下热力学。

热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功与热之间的能量转换.在此功定义为力与位移的内积；而热则定义为在热力系统边界中,由温度之差所造成的能量传递.两者都不是存在於热力系统内的性质,而是在热力过程中所产生的.关键字：热力学；焦耳定律；稳定平衡1、热力学第一定律（the first law of thermodynamics）就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为Q=△U+W。

表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。

该定律经过迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule等多位物理学家验证。

热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。

十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。

19世纪初，由于蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，对蒸汽机“出力”作出理论上的分析。

所以热与机械功的相互转化得到了广泛的研究。

埃瓦特（Peter Ewart，1767—1842）对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究，建立了定量联系。

热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。

[9]表征热力学系统能量的是内能。

通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。

根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即或这就是热力学第一定律的表达式。

如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为。

当然，上述、W、Q、Z均可正可负（使系统能量增加为正、减少为负）。

大学热学物理知识点总结1.热力学基本定律热力学基本定律是热学物理的基础，它包括三个基本定律，分别是热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。

（1）热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热学表述，它规定了热力学系统能量的守恒性质。

简单地说，热力学第一定律表明了热力学系统能量的增减只与系统对外界做功和与外界热交换有关。

热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸热的大小，W表示系统对外界所作的功。

由此可以看出，系统的内能变化量等于吸收热量减去做的功。

（2）热力学第二定律热力学第二定律是热力学系统不可逆性的表述，它规定了热力学系统内部的熵增原理，即系统的熵不会减小，而只会增加或保持不变。

简单地说，热力学第二定律表明了热力学系统内部的任何一种热力学过程都是不可逆的。

这意味着热力学系统永远无法使热量全部转化为功，总会有一部分热量被转化为无效热。

热力学第二定律还表明了热力学过程的方向性，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。

（3）热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋于绝对零度时，任何物质的熵都将趋于一个有限值，这个有限值通常被定义为零。

简单地说，热力学第三定律表明了在绝对零度时，任何系统的熵都将趋于零。

热力学第三定律的提出对于热学物理的研究具有非常重要的意义，它为我们理解热学系统的性质提供了重要的基础。

2.热力学过程热力学过程是指热力学系统内部发生的一系列变化，包括各种状态参数的变化和热力学系统对外界的能量交换。

常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程等。

这些过程在日常生活以及工业生产中都有着广泛的应用。

（1）等温过程等温过程是指在恒定温度下进行的热力学过程。

在等温过程中，系统对外界做的功和吸收的热量之比是一个常数。

这意味着等温过程的压强和体积成反比，在P-V图上表现为一条双曲线。

常见的等温过程有等温膨胀和等温压缩等。

（2）绝热过程绝热过程是指在无热交换的情况下进行的热力学过程。

热工与流体力学基础第二版知识点热工与流体力学是工程中的重要学科，涉及热力学、传热学和流体力学等内容。

下面将介绍《热工与流体力学基础第二版》中一些重要的知识点。

第一章：热力学基础本章介绍了热力学的基本概念和基本定律。

热力学是研究热和功之间相互转化关系的学科。

其中包括热力学系统、状态方程、热力学过程等内容。

第二章：气体的热力学性质本章主要介绍了理想气体和真实气体的性质。

理想气体的状态方程为PV=RT，其中P为气体压强，V为气体体积，R为气体常数，T为气体温度。

真实气体的性质受到压力、温度和物质的影响。

第三章：热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。

热力学第一定律还可以用来分析各种热力学过程中的能量转化和能量平衡。

第四章：理想气体的热力学过程本章介绍了理想气体在不同热力学过程中的性质和特点。

其中包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程。

这些过程在工程中具有重要的应用价值。

第五章：气体混合与湿空气本章介绍了气体混合和湿空气的热力学性质。

气体混合是指两种或多种气体按一定的比例混合在一起的过程。

湿空气是指空气中含有一定的水蒸气。

湿空气的热力学性质对于气候和环境工程有着重要的影响。

第六章：热力学第二定律热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它规定了一个孤立系统的熵永远不会减少。

熵是一个表示系统无序程度的物理量，它可以用来描述热力学过程的方向性。

第七章：传热学基础传热学是研究热量从一个物体传递到另一个物体的学科。

本章介绍了传热的基本概念和热传导、对流传热、辐射传热的基本原理。

第八章：传热过程与换热器本章介绍了传热过程和换热器的基本原理和应用。

传热过程包括散热、传热和吸热。

换热器是一种用于实现热能转移的设备，广泛应用于工业生产和能源利用。

第九章：流体力学基础流体力学是研究流体运动规律的学科。

本章介绍了流体的基本性质和运动方程。

流体的性质包括密度、压力、粘度和表面张力等。

一、热力学定律1、热力学第一定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是物理学中的一个基本定律。

它指出在封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

这个定律的发现，彻底改变了人们对自然界中能量转化的认识，为人类利用能源奠定了基础。

在日常生活中，热力学第一定律的应用无处不在。

以汽车引擎为例，当汽油在引擎内燃烧时，化学能转化为热能和动能，驱动汽车前进。

在这个过程中，能量从化学能转化为热能和动能，但总量保持不变，符合热力学第一定律。

同样，电力生产过程中也是利用热力学第一定律，将热能或其他形式的能量转化为电能。

除了在能源转换方面的应用，热力学第一定律在环境保护方面也有着重要的作用。

随着人类对自然资源的不断开发利用，能源的消耗和环境的污染问题日益严重。

了解热力学第一定律，可以帮助我们更好地理解能源的转换和利用过程，从而为可持续发展和环境保护做出贡献。

总之，热力学第一定律是物理学中的重要定律之一，它揭示了能量转化的基本规律。

通过深入了解这个定律，我们可以更好地利用能源，推动人类社会的可持续发展。

2、热力学第二定律1、在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。

这意味着热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，或者不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

因此，该定律也被称为“熵增定律”。

在自然界中，存在着一种不可抗拒的规律，即孤立系统的总混乱度，也被称为“熵”，是不会减少的。

这意味着热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，或者从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

这一规律被人们称为“熵增定律”。

2、要理解熵增定律，首先需要对熵的概念有所了解。

熵是一个描述系统混乱度的物理量，如果一个系统的熵增加，则意味着其混乱度也在增加。

根据热力学的原理，在一个孤立系统中，系统总是向着熵增加的方向演化，即系统的总混乱度不会减小。

3、这个定律在自然界中有着广泛的应用。

大气物理学第六章 大气热力学基础一、热力学基本规律1、空气状态的变化和大气中所进行的各种热力过程都遵循热力学的一般规律，所以热力学方法及结果被广泛地用来研究大气，称为大气热力学。

2、开放系和封闭系(1) 开放系：一个与外界交换质量的系统(2) 封闭系：和外界互不交换质量的系统(3) 独立系：与外界隔绝的系统，即不交换质量也不交换能量的系统。

3、准静态过程和准静力条件(1)准静态过程: 系统在变态过程中的每一步都处于平衡状态(2) 准静力条件：P ≡Pe 系统内部压强p 全等于外界压强Pe4、气块（微团）模型气块（微团）模型是指宏观上足够小而微观上含有大量分子的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。

气块（微团）模型就是从大气中取一体微小的空气块，作为对实际空气块的近似。

5、气象上常用的热力学第一定律形式【比定压热容cp 和比定容热容cv 的关系cp= cv+R ，（R 比气体常数）】6、热力学第二定律讨论的是过程的自然方向和热力平衡的简明判据，它是通过态函数来完成的。

7、理解熵、焓（从平衡态x0开始而终止于另一个平衡态x 的过程，将朝着使系统与外界的总熵增加的方向进行；等焓过程: 绝热和等压；物理意义：在等压过程中,系统焓的增加值等于它所吸收的热量）8、大气能量的基本形式：（1）内能；（2）势能；（3）动能；（4）潜热能9、大气能量的组合形式（1）显热能：单位质量空气的显热能就是比焓。

（2）温湿能：单位质量空气的温湿能是显热能和潜热能之和。

（3）静力能: 对单位质量的干（湿）空气，干（湿）静力能：（4）全势能: 势能和内能之和称全势能10、大气总能量干空气的总能量: 湿空气的总能量: 二、大气中的干绝热过程1、系统（如一气块）与外界无热量交换（δQ=0)的过程，称为绝热过程。

286.0000)()(p p p p T T d ==κ（对未饱和湿空气κ= κd=R/Cp=0.286计算大气的干绝热过程） 例：如干空气的初态为p=1000hpa ,T0=300K ，当它绝热膨胀，气压分别降到900hpa 和800hpa 时温度分别为多少？2、干绝热减温率定义：未饱和湿空气块温度随高度的变化率的负值为干绝热减温率γv ，单位°/100mdp ρ1-dT c =αdp -dT c =δQ p p 2p k d V 21+gz +T c =E +Φ+U =E Lq +V 21+gz +T c =Lq +E +Φ+U =E 2p k m m C m k km K c g o pdd 100/1100/98.0/8.9≈===γ3、位温θ定义: 把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压（常取1000hpa ）时应有的温度称位温。

化学热力学的基本定律化学热力学是研究物质在化学反应中能量变化以及与热的关系的科学。

它为理解反应的性质、平衡条件及反应进行的方向提供了重要的理论基础。

以下将详细探讨化学热力学的基本定律，包括其定义、意义和应用。

第一法则：能量守恒定律能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，表明在封闭系统内，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

在化学反应过程中，反应物的化学能可以转化为热能、光能或其他形式的能量。

例如，在燃烧反应中，化学能转化为热量和光，而这部分热量可以用来加热周围环境或用于做功。

内能和功在实践中，重点关注的是系统的内能（U），这是系统内所有分子动能和势能的总和。

对于一个封闭系统，其内能变化等于系统吸收的热量（Q）与做功（W）的代数和：[ U = Q - W ]这个公式告诉我们，在进行任何物理或化学过程时，如果系统吸热，则内能增加；如果系统放热，则内能减少。

同时，如果系统对外界做功，内能会减少；如果外界对系统做功，内能会增加。

实际上，这一法则在许多领域都发挥着重要作用。

例如，在发动机内部燃料燃烧过程中，燃料的化学能释放出大量热量，使得发动机工作的转子做功，从而推动汽车前进。

这充分体现了第一法则在日常生活中的应用。

第二法则：熵增定律第二法则描述了自然界中过程的方向性，并引入了熵（S）这一概念。

熵被视为是系统无序程度的度量。

在一个孤立系统中，熵总是有增无减，即：[ S_{} ]这一原理意味着自发过程总是伴随熵增，比如冰块在室温下融化，在此过程中，分子的无序程度增加，导致整体熵值上升。

自发过程与非自发过程自发过程是指在没有外部功引入的情况下可以自动进行的过程。

反之，非自发过程需要外部条件或功的支持才能发生。

在标准状态下，若一个反应的 Gibbs 自由能（G）下降，则该反应为自发反应，可以通过以下公式来描述：[ G = H - TS ]其中, ΔH代表焓变化, T代表绝对温度。

在高温条件下，熵增对 Gibbs 自由能的影响更加显著，这意味着高温环境下，自发过程更容易发生。

热力学三大基本定律是什么？一文带你搞懂虽然从远古时期人类早就学会了取火和用火，人们就注意探究热、冷现象本身。

但是热力学成为一门系统的学科却要到19世纪，在19世纪40年代前后，人们已经形成了这样的观念:自然界的各种现象间都是相互联系和转化的。

人们对热的研究也不再是孤立地进行，而是在热与其他现象发生转化的过程中认识热，特别是在热与机械功的转比中认识热。

热力学在发展过程中形成了三大基本定律，它们构成了热力学的核心。

热力学第一定律：能量守恒定律德国物理学家迈尔从1840年起就开始研究自然界各种现象间的转化和联系。

在他的论文《与有机运动相联的新陈代谢)中，把热看作“力”(能量)的一一种形式，他指出'热是能够转比为运动的力“。

他还根据当时的气体定压和定容比热的资料,计算出热的机械功当量值为367kgm/千k。

在论文中，迈尔详细考察了当时已知的几种自然现象的相互转化，提出了“力“不灭思想，迈尔是最早表述了能量守恒定律也就是热力学第一定律的科学家。

1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。

他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。

1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。

他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。

” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。

把热看成是一种状态量。

由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。

经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。

能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。

热力学基本定律热量的传递与能量守恒热力学是研究热量与能量转换关系的一门学科，其基本定律涉及热量的传递和能量的守恒。

在本文中，我们将探讨热力学的基本定律与热量的传递以及能量的守恒的关系。

在热力学中，热量的传递是指热能从高温物体传递到低温物体的过程。

根据热力学第一定律，能量守恒定律，热量传递的过程中能量总量保持不变。

这意味着从一个物体到另一个物体的热量传递不会改变总能量。

通过热力学的基本定律，我们可以进一步研究热量传递的机制和能量的转换。

热传导是热量传递的一种方式，它发生在同一物体内或不同物体之间的接触表面。

热传导是通过原子和分子的碰撞来传递热能。

当一个物体的一部分受热时，其中的分子将获得更多的能量并开始振动，然后通过与周围分子的碰撞将能量传递给周围区域。

这个过程会一直进行，直到整个物体达到热平衡，即温度均匀。

除了热传导，热辐射也是热量传递的一种方式。

热辐射是通过电磁波的形式传递热量的过程。

不同于热传导需要物质来传递热量，热辐射可以在真空中进行，因为它是通过电磁波传播的。

热辐射的能量主要来自于物体内部的热运动，当物体的温度增加时，它会发出更多的辐射能量。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射的强度与物体的温度的四次方成正比。

在热量传递过程中，能量是守恒的。

能量守恒是热力学的基本定律之一，它指出封闭系统内的总能量保持恒定。

在热力学中，能量可以以不同的形式存在，如热能、机械能、化学能等。

而热量的传递导致了能量的转化和重新分配，但总能量保持不变。

即使在热量传递过程中有一些能量被转化为其他形式如机械能，总能量仍然保持不变。

能量守恒定律在许多热力学和工程问题中都起着关键的作用。

例如，在能量转换装置如发电厂中，热能被转化为电能。

根据能量守恒定律，输入和输出的能量总量应该相等。

因此，对于设计和优化能量转换系统，我们需要确保能量的守恒。

综上所述，热力学基本定律涉及热量的传递与能量守恒的关系。

热传导和热辐射是热量传递的两种方式，能量在传递过程中保持守恒。