物理化学论文
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物理化学论文物理化学是基础化学中的一门重要学科,是药学类专业的学生必修的专业基础课,是充分培养抽象思维能力的课程。
下文是店铺为大家整理的关于物理化学论文的范文,欢迎大家阅读参考!物理化学论文篇1试谈物理化学教学方法物理化学是一门无处不在的学科,是化学、化工、材料、高分子、医学、药学、食品、环境、生物技术等诸多专业的一门重要必修课。
物理化学的特点是“两多三强”:概念多、公式多,理论性强、系统性强、逻辑性强。
如何能让学生既对这门课程产生兴趣,又能很好地掌握其基本内容和学习方法,是教师在教学教法上不断探索和总结的重要问题。
本文根据物理化学课程的特点,就作者在大学物理化学课程教学过程中的一些心得体会,探讨了高校物理化学课程教学的有效教学方法和模式。
一、要注重逻辑推理的思维方法和数学推导的技能技巧物理化学研究的是化学中原则性、普遍性的规律,它大量采用了逻辑推理和数学推导,由物理化学的基本原理、基本概念和基本假设出发,通过逻辑推理,可以得到物理化学的有关理论和数学的表达式。
逻辑推导过程具有重要的严密性,所得到的结论也都有一定的适用条件,[1]而且物理化学公式繁多,必须经过学生自己的反复推导才能熟练应用。
因此,在物理化学教学中,要重视引导和训练学生逻辑推理的思维方法和数学推导的技能技巧。
例如在推导单组份体系热力学基本函数关系式时,只要记住最基本的关系式:dU=TdS-pdV,知道H,F,G的定义,就可以一步步推导出其他三个热力学基本关系式:dH=TdS+Vdp;dF=-SdT-pdV;dG=-SdT+Vdp。
在物理化学公式推导的过程中大量运用了高等数学微积分的知识,在教学中要强化数学思想与物理化学概念及公式的关系。
例如,在讲单组分体系的摩尔量和多组分体系偏摩尔量的概念时,我们要强调从数学中全微分和偏微分的概念来理解。
另外,在讲化学势这部分内容时,也要引导学生巧妙的运用数学思想,例如,求化学势与温度和压强的关系其实就是求化学势对温度或压强的一阶偏微商。
物理化学课程论文关键词:热力学生态系统熵热力学第二定律磷脂蛋白作用生命过程在20世纪生命科学得到很大的发展,生命科学也受到各方面的重视。
20世纪科学的巨大发展也为我们21世纪的生命科血奠定了基础。
当代生命科学目前发展到这个阶段,进入这个阶段,生命科学进一步发展,在理论上一定和各学科交叉渗透,而在生产实践上推进生物技术的建立,推进国民经济的发展有重大意义。
本世纪50年代DNA双螺旋结构的发现,以及随后遗传信息传递的中心法则的确定、重组DNA技术的建立,分子生物学和遗传学的概念和技术已渗透到生命科学的各个分支学科中,生命科学与物理学、化学、数学的交叉渗透,计算机和大量新技术的广泛应用,已使当代生命科学的面貌发现了根本性的变化,科学家预言,21世纪将是生命科学的世纪。
物理化学作为化学的理论基础学科,在步入新世纪之后,正以强劲的发展势头、鲜明的动向显示自身的生命力。
它的研究对象涵盖范围广阔,从单分子、分子聚集体到凝聚体系和共价非晶体,并借助现代检测手段和理论分析方法,获取基态到激发态、稳态到瞬态的分子结构信息。
物理化学不仅深深地向化学各传统分支学科渗透,而且与材料、能源、环境、生命、信息等新兴科学领域交叉融合,酝酿并产生许多新的学科生长点;物理化学的研究方法呈现出宏观与微观相结合,并更多地向微观层次深入;体相与表面相结合,更多地向表面和界面延伸;在微观研究中,静态与动态相结合,更多地倾向动态研究,并进一步提升到对化学反应的控制;理论化学逐渐发展成为比较独立的学科,并在指导实验的过程中发挥着越来越重要的作用。
当前物理化学的研究前沿和最活跃的领域有:分子动态物理化学(分子动力学与分子激发态光谱等),分子聚集体和生物大分子的结构化学与谱学,表面、界面物理化学和催化科学,理论与计算化学(包括量子化学、化学统计力学、分子力学、远离平衡态的非线性物理化学、计算机化学和化学信息学等),生物物理化学等。
热现象是最基本的自然现象之一,因此,热学就成为物理化学主要的分支学科之一。
物理化学的发展史姓名:学号:班级:摘要化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。
世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。
1 9世纪下半叶,热力学等物理学理论引入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。
相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。
物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。
关键词物理化学发展展望一、物理化学的研究内容(1)化学体系的宏观平衡性质以热力学三个基本定律为理论基础,研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。
在这一情况下,时间不是一个变量。
属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学、溶液、胶体和表面化学。
(2)化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础,研究原子和分子的结构,物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构,以及结构与物性的规律性。
属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。
(3)化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。
在这一情况下,时间是重要的变量。
属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。
二、物理化学的分支(1)结构化学结构化学是在原子- 分子水平上研究物质分子构型与组成的相互关系以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学科。
它又是阐述物质的微观结构与其宏观性能的相互关系的基础学科。
结构化学不但与其他化学学科联系密切,而且与生物科学、地质科学、材料科学和医药学等各学科的研究相互关联、相互配合、相互促进。
由于许多与物质结构有关的化学数据库的建立,结构化学也愈来愈被农学家和化工工程师所重视。
(2)热化学它用各种量热方法准确测量物理的、化学的以及生物的过程的热效应,从而根据热效应来研究有关现象及规律性。
物理化学对生活和学习的启示引言物理化学是化工、材料、制药、生物、食品及环境工程等多个理工科专业重要的基础理论课,被称为“化学的灵魂”。
物理化学综合了高等数学、化学、物理学等课程的基础知识,又为后续专业课程的学习提供方法和理论指导,在基础课和专业课之间起着承前启后的作用,是一门重要的基础课程。
然而物理化学课理论性强,涉及的内容多,概念、定律、公式多,学生初接触时容易产生畏惧心理,普遍感到困难,因而缺乏信心,学习效果不佳。
笔者在多年从事物理化学教学过程中,深切感受到物理化学中的很多公式及定义对人生有很大的启示,在课堂教学中展示物理化学的哲学内涵,可以营造轻松愉快的课堂教学氛围,激发学生的学习兴趣.1、热力学第一定律中的“付出与收获”热力学第一定律是热力学中非常重要的一个定律。
热力学第一定律的内容是能量守恒,主要解决过程的能量衡算问题。
过程能量的表现是热和功,在一个过程发生的时候,热和功相互转化,功可以全部无条件的转化为热,但是热不能无条件的全部转化为功,其辩证关系就是付出与收获的关系。
在日常生活中,我们总会听到有一些人经常抱怨时运不济,命运不公,眼睁睁看着别人的成功,自己却一致苦苦挣扎,还有一些人每天千方百计绞尽脑汁试图寻找成功的捷径,却从未成功。
原因很简单,那就是世界上没有免费的午餐,没有春天的耕耘,就不可能有秋天的收获;只有努力,才有可能成功;只有付出,我们才可能收获。
但付出多少不一定收到多少,但至少它与你得到的成正比。
“谋事在人,成事在天”.我们能做的在于谋事,只有谋事,才有可能成事。
2、热力学中可逆过程的含义学习功时,在相同的始末态条件下,设计不同的过程,得到的结论是在相同的始末态中,不同过程中付出的功不同。
比较计算结果之后可以发现,可逆膨胀过程中的功是最大的,也就意味着系统在可逆过程中对环境做最大功。
在我们生存的世界里,人是什么/?人就是环境,所做的各项工作可看成是系统,我们都希望在人生中获得最大的成功,从系统中得到最大的功,但世界上没有常胜将军,想要无限的从系统中源源不断的得到功同样是不现实的.从系统中得到的功是有底限的,不能超过这个底限。
物理化学论文六篇物理化学论文范文11.1所学内容紧扣同学专业特点物理化学课程涉及的公式约有150个,教学时,要求同学把握基本公式的推导和证明,能用基本公式去解决一些实际性问题.提倡同学平常自学,上课前复习巩固学过的学问,强调数学和物理基础学问的重要性,培育同学对所学学问进行综合应用的力量.利用高等数学学问,关心同学把握、理解物理化学公式.如从卡诺循环可以推导出可逆热温商之和为零;从抱负气体发生PVT变化,可以求焓变、熵变、吉布斯函数变和吉布斯函数判据等参数;从肥皂可以了解润湿和乳化等概念.将现实生活中的某大事引入学习中,与物理化学紧密联系,加深同学对学问概念的理解,提高同学实际运用学问的力量.1.2引入物理化学科学家的故事进行励志教育在学习物理化学课程时,会涉及到许多闻名的物理学家和化学家,讲到相关内容时,老师会讲解他们的个人简历和趣闻逸事.一方面,可以提高同学学习的乐观性,集中他们的留意力,缓解课堂的学习气氛;另一方面,每一位科学家的胜利都离不开其自身不断努力奋斗的过程,通过了解他们的经受,不仅丰富了课堂教学内容,而且同学对科学的进展也产生了爱好,对科学家产生了崇拜,成为同学学习的榜样.如首次提出物理化学这个概念的是1901年和1909年先后获得诺贝尔化学奖的两位化学家:荷兰的范特霍夫和德国的奥斯特瓦尔德,正是他们的讨论促成了物理化学学科的诞生.其中范特霍夫是首位诺贝尔化学奖的获得者,他50多岁时还经营着一家牧场,亲自送牛奶,被誉为"牧场化学家'.在讲到稀释定律时,介绍奥斯特瓦尔德的生平事迹,他出身一般家庭,求学时对化学产生深厚的爱好,1884年在博士论文中提出了电离假设,1888年提出了以他名字命名的奥斯特瓦尔德稀释定律,1909年因在催化作用、化学平衡和氨制硝酸等方面的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖.2教学方法与考核方式改革2.1多媒体教学与传统教学相结合传统教学采纳粉笔板书的方式,书写需要肯定时间,导致同学接受学问量较少.而利用PPT课件,结合Flas,能使教学内容生动、信息量大,给同学更直观的印象,提高课堂效率.物理化学课程公式多,规律性强,有些问题比较抽象,单纯采纳多媒体呈现,导致同学思维跟不上文字显示的速度,因此不能仅用多媒体一种教学方式.结合教学实际,采纳多媒体教学与板书相结合的方式授课,同学能充分地消化汲取所学的学问,教学速度适中,从而提高教学质量和效率.2.2考核方式的改革与创新物理化学课程考核方法普遍采纳平常成果加期末考试两大块的组合,存在期末考试成果在总评成果中比例偏重的问题.考核方式改革前,平常成果占20%,期末考试成果占80%.这种考核方式可能导致同学平常学习不仔细,期末考试前突击,因而不能起到督促同学平常学习的作用.考核方式改革后,实行平常成果占20%,阶段考试或考核成果占30%,期末考试成果占50%的形式.在原有基础上,降低了期末考试的比例,规定小于等于48学时的课程,期间加一次阶段性考试或考核;大于48学时小于等于64学时的课程,期间加两次阶段性考试或考核.虽然老师的工作量比改革前增加了,但同学学习的主动性和乐观性得到了提高.同学要想取得优秀的成果,就不能忽视阶段性成果.另外,也尝试在总评成果中增加其它一些(如课堂争论、课程论文等)考核方式,从而促进同学乐观学习. 3设计试验教学环节,培育同学创新力量物理化学论文范文2实施素养教育,课堂教学是主渠道,抓住课堂教学这个中心环节,结合素养教育的精神实质,开展优化物理教学的讨论,是有效地推动素养教育在物理教学中得以实施的关键,要把物理课堂教学作为一个整体性的,师生相互作用的动态过程来讨论,让物理课堂教学焕发诞生机和活力,物理难学已是一个由来已久的问题,究其缘由是没有优化物理教学过程的结果,过去的物理教学过程,注意学问传授而忽视力量培育,注意老师的教而忽视同学的学,视老师为主导而不把同学视为主体,因此优化物理教学过程已是一个必需解决的问题。
姓名: 郑霁年级专业: 05化学备注: 物理化学导生物理化学学习心得05化学郑霁科学的目的除了应用以外,还有发现世界的美,满足人类的好奇心。
物理化学自然也是科学,所以同样适用。
化学热力学,化学动力学,电化学,表面化学……物理化学研究的主要内容大致如此。
然而,在刚刚开始学物化的时候,我几乎被一大堆偏微分关系式所吓晕。
虽然高中时就学过物理,进入大学时也学习过一个学期的大学物理,但由于成绩一直不理想,所以对于物理化学一学是真直都存在恐惧心理的。
尤其是看那一大堆偏微分的公式,更是让我觉得头痛。
然而通过阅读以及对以前高数的复习,我慢慢地能理解偏微分的含义了。
由于物化是一门交叉性的学科,因此我们除了上课要认真听讲更重要的是联系以前学习过的知识,将它们融会贯通,这才能学习好物化。
通过阅读,我认为,学习物化的过程,也是学习物化史的过程。
从课本中,我了解到“科学的发展是螺旋式上升的”,以及“熵后来被赋予的意义,是克劳修斯所始料不及的”等,这使我体验到了学习的乐趣,同时也能够身临其境得思考当时的科学家所思考的问题,提高了学习效率。
如今,通过我的努力,发现物化课只是一只纸老虎。
通过半学期的学习,我逐渐了解了物理化学这们课的学习方法。
在刚开始学物理化学时,物理化学公式的记忆让我刹费脑筋。
通过学习的深入,还有大量的练习,我明白了公式的推导并不重要,重要的是公式的使用条件和意义。
物化是有用的,也是好玩的,这些是学习物化的动力,那么,怎样才可以学好物化呢?对我来说,主要就是理解-记忆-应用,而串起这一切的线索则为做题。
理解是基础,理解各个知识点,理解每一条重要公式的推导过程,使用范围等等。
我的记性不太好,所以很多知识都要理解了之后才能记得住,但是也正因如此,我对某些部分的知识点或公式等的理解可能比别人要好一点,不过也要具体情况具体分析,就好像有一些公式的推导过程比较复杂,那或许可以放弃对推导过程的理解,毕竟最重要的是记住这条公式的写法及在何种情况下如何使用该公式,这样也就可以了,说到底,对知识的记忆及其应用才是理解的基础。
大学物理化学论文3篇这次的大学物理化学学习,通过互联网等形式进行交流,甚至参与老师的科研项目,或者与同学组成学习小组共同学习,那么将会收获更多的知识和乐趣。
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大学物理化学论文3篇1大学物理是每一个理科大学生所必须学的课程,物理学是关于自然界最基本形态的科学,他研究物质的结构和相互作用以及物质的运动。
在学习的过程中我们需要掌握物理学史在物理学中的应用。
理解每一个物理学家的成功之路。
物理学来自于自然现象,规律源自于生活实践,每一个物理规律的得出,都是前人用成千上万次的实验推理得出的。
其中汇集了古人的智慧和力量,饱含着人们发现过程中的艰辛和获得成功后的喜悦。
人们在探索规律认识规律的过程中留下的实践经验,对我们现在的学习有着很大的启发作用,也给学生的学习增加了很大兴趣。
让学生知道物理家探索物理规律的艰难,明确只有对物理学有执着的追求,坚持不懈地努力,才能到达成功的彼岸。
适当学习一些物理学史可以使学生更好地建立物理观念,较好地在头脑中形成物质结构及物质运动整体上的概括的物理图景。
适当地学习一些物理学史可以使学生加深对物理概念的理解,更好地掌握物理规律,当学生知道了这些史实时,不但明确了发现一种物理规律的艰辛程度,还能更好地明确物理规律的内涵,从而更深层次理解了这一规律。
更好地知道物理学是来自于自然生活而更重要的是服务于生活,使学生知道身边处处有物理。
适当地学习一些物理学史,可以陶冶学生的情操,从物理学家那些高贵的品质中吸收更多的营养,对历史上一些有杰出贡献的科学家进行个别考察和研究,这些科学家对待事物的科学态度、思想方法、高贵品质等会对后人产生深远的影响和熏陶,受到深刻的启示和启迪,得到巨大的动力和精神食粮,受到鼓舞。
所以在学习中适当地加入物理学史,对学生学习物理的兴趣及探索问题坚持不懈精神的培养有着很重大的意义。
学习物理学史,对学生学习知识、理解和掌握知识也具有相当大的作用。
材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文范文第1篇一、材料物理专业的特色材料物理专业是“讨论各种材料特殊是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律,为各种高新技术材料进展供应科学依据的应用基础学科,是理工融合的学科”[1,2]。
材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科,主要通过各种物理技术和效应,实现材料的合成、制备、加工与应用。
主要讨论范围包括材料的合成、结构、性质与应用;新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。
材料物理将理科的学问传授与工科的工程力量培育相结合,使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合,具有“亦工亦理,理工相融”的特点。
二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位材料物理化学是贵州高校材料物理专业本科生的学位必修课程,这门课程是从物理化学的角度讨论材料科学与工程的基础理论问题,从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。
该门课程的教学目的在于提高同学的专业学问水平,培育同学科学的思维方式和独立的创新力量,以及综合运用基础理论来解决实际问题的力量。
材料物理化学是材料物理专业特别重要的专业基础课,它以高等数学、高校化学、高校物理等理论基础课程为基础。
高等数学是学习物理化学的重要手段和工具,物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。
熟悉到高校物理和物理化学中热力学内容的连接,了解高校物理中原子结构学问的介绍,协调好与高校化学中原子结构部分内容的关系,突出重点,避开重复,讲清难点,是材料物理化学教学中值得留意和仔细对待的问题[4]。
材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程(材料腐蚀与防护等)的基础课程。
材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分,就要运用材料物理化学中诸多热力学基本学问,如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。
材料物理化学犹如一座桥梁,将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来,以完善专业学问的系统与连贯性。
化学化工学院物理化学实验结课论文题目:液体表面张力测定的方法学院:化学化工学院班级: 10化学学生姓名:学号:完成时间:2013 年 6 月 25 日目录一. 摘要----------------------------------------------------------------------1 二.正文-----------------------------------------------------------------------1 三.总结-----------------------------------------------------------------------3一、摘要:表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一,是重要的液体物理性质。
本文着重介绍了几种液体表面张力的测定方法(毛细管上升法、最大气泡压力法、差分最大气泡压力法),包括这种方法的测定原理、缺点及改进方法或应用,特别指出了宽温度和压力范围的表面张法的选择及表面张力测定展趋势。
关键词:表面张力,最大气泡压力法,差分最大气泡压力法,毛细管上升法。
二、正文:液体表面区的分子由于受力不平衡产生的向内收缩的单位长度的力,即表面张力。
它分为静态表面张力和动态表面张力。
通常液体的表面张力,自其液体表面形成之后,随着时间的推移而有所变化。
在新的液体表面形成的瞬间,经过约1s以上时的表面张力,称作静态表面张力;在1s以下的表面张力称作动态表面张力。
表面张力是多相系统的重要界面性质,对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。
在实际生产过程中,动态表面张力更有意义,因为它反映出传质过程以及吸附、粘附、铺展等过程的有关信息,这对于化工过程的设计与研究是非常有意义的。
现有的表面张力测定95%都是常压或沸点条件下进行的.现在越来越需要考察不同温度和压力条件下表面张力的测定。
本文着重指出各种条件下表面张力的测定方法,特别是高温高压下表面张力的测定方法。
热力学第一定律热力学第一定律摘要:热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律,广泛地应用于各个学科领域。
本文叙述了其建立的背景及经过,它的文字表述和数学表达式,及它在理想气体、热机的应用,并从微观的角度来阐述热力学第一定律的意义。
关键字:热力学第一定律;焦耳定律;热机;热机效率;内能、热量、功。
热力学第一定律的产生一热力学第一定律历史背景人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。
中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。
但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。
18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。
这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质(热素)所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。
十九世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。
特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯(M.Crookes,1832—1919),所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规则动的结论。
热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。
使人们对热的本质的认识大大地进了一步。
戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。
19世纪40年代以前,自然科学的发展为能量转化与守恒原理奠定了基础,在力学,化学,生物学,热学,电磁学等方面做出了充分准备。
二热力学第一定律的建立过程在18世纪末19世纪初,随着蒸汽机在生产中的广泛应用,人们越来越关注热和功的转化问题。
于是,热力学应运而生。
1798年,汤普生通过实验否定了热质的存在。
德国医生、物理学家迈尔在1841-1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点,这是热力学第一定律的第一次提出。
热力学第二定律的认识和思考
【摘要】热力学第二定律是热力学的基本定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处(在自然状态下)。
它是关于在有限空间和时间内,一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
【关键词】热力学,热力学第二定律,第二类永动机,熵
【引言】热力学第二定律是人们在生活实践,生产实践和科学实验的经验总结,它们既不涉及物质的微观结构,也不能用数学加以推导和证明。
但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。
而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。
有关该定律的发现和演变历程是本文讨论的重点。
热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律,进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。
由于在生活实践中,自发过程的种类极多,热力学第二定律的应用非常广泛,诸如热能与机械能的传递和转换、流体扩散与混合、化学反应、燃烧、辐射、溶解、分离、生态等问题,本文将做相关介绍。
一.热力学第二定律的产生
19世纪初,人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。
热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下,逐步被发现的,并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。
1824年,法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”,找到了提高热机效率的根本途径。
从1840年到1847年间,在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下,热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。
1848年,开尔文爵士(威廉·汤姆生)根据卡诺定理,建立了热力学温标(绝对温标)。
这些为热力学第二定律的建立准备了条件。
1850年,克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作,考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实,得出了热力学第二定律的初次表述。
后来历经多次简练和修改,逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”。
与此同时,开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述,后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述”。
上述对热力学第二定律的两种表述是等价的,由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。
他们都是指明了自然界宏观过程的方向性,或不可逆性。
克劳修斯的说法是从热传递方向上说的,即热量只能自发地从高温物体传向低温物体,而不可能从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
利用致冷机就可以把热量从低温物体传向高温物体,但是外界必须做功。
开尔文的说法则是从热功转化方面去说的。
功完全转化为热,即机械能完全转化为内能可以的,在水平地面上运动的木块由于摩擦生热而最终停不来就是一个例子。
但反过来,从单一热源吸取热量完全转化成有用功而不引起其他影响则是不可能的。
二.定义
热力学第二定律(second law of thermodynamics)是研究热功能转换的基础上与19世纪中叶提出的,是人类长期生产时间和科学实验的总结,是热力学基本定律之一,其基本内容是:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;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;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
热力学第二定律有两种表述,期中克劳修斯说法(1850年)指出:“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响”,开尔文说法(1851年)指:“不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响”,开尔文说法表达了功转变为热
这一过程的不可逆性。
人们曾设想制造一种能从单一热源取热,使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器,这种空想出来的热机叫第二类永动机,它并不违反热力学第一定律,热力学第二定律的提出表明第二类永动机是不可能造成的。
同时,根据热力学第二定律也确定了一个新的态函数——熵,并且得出熵判据。
三.热力学第二定律的使用范围
(1)热力学第二定律是宏观规律,对少量分子组成的微观系统是不适用的。
(2)热力学第二定律适用于“绝热系统”或“孤立系统”,对于生命体(开放系统)是不适用的。
早在1851年开尔文在叙述热力学第二定律时,就曾特别指明动物体并不像一架热机一样工作,热力学第二定律只适用于无生命物质。
(3)热力学第二定律是建筑在有限的空间和时间所观察到的现象上,不能被外推应用于整个宇宙。
19世纪后半期,有些科学家错误地把热力学第二定律应用到无限的、开放的宇宙,提出了所谓“热寂说”。
他们声称:将来总有一天,全宇宙都是要达到热平衡,一切变化都将停止,从而宇宙也将死亡。
要使宇宙从平衡状态重新活动起来,只有靠外力的推动才行。
这就会为“上帝创造世界”等唯心主义提供了所谓“科学依据”。
四.热力学第二定律系统条件
(1)该系统是线性的
(2)该系统全部是各向同性的
五.热力学第二定律与时间的单项性
所有不涉及热现象的物理规律均时间反演对称,它们没有对时间的方向作出规定. 所谓时间反演,通俗地讲就是时光倒流;而物理定律时间反演对称则指,经过时间反演后,该定律依然成立。
以牛顿定律为例,它是时间反演对称的。
不妨考察自由落体运动:一物体由静止开始,在重力作用下自由下落,其初速度V(0)=0,加速度a=g,设其末速度为V(t),下落高度为h. 现进行时间反演,则有其初速度V'(0)=-V(t),加速度a'=g,末速度V'(t)=V(0),上升高度为h,易证这依然满足牛顿定律.但热现象则不同,一杯水初始温度等于室温,为T(0),放在点燃酒精灯上,从酒精灯火焰吸收热量Q后温度为T(t)。
现进行时间反演,则是水的初温为T'(0)=T(t),放在点燃酒精灯上,放出热量Q给酒精灯火焰,自身温度降为T'(t)=T(0)。
显然这违背了热力学第二定律关于热量只能从高温物体传向低温物体的陈述. 故热力学第二定律禁止时间反演。
在第一个例子中,如果考虑到空气阻力,时间反演后也会与理论相悖,原因在于空气阻力做功产生了热。
六.热力学第二定律的统计意义
不可逆性是实际自然过程的根本特征,热力学第二定律正是这种自然过程不可逆性的概括,它指出一切与热现象有观的宏观过程都是不可逆的。
这是概率在起作用,通过对气体自由膨胀不可逆过程的讨论说明热力学第二定律的统计意义:一个不受外界影响的孤立系统,其内部发生的过程,总是由概率小的状态向概率大的状态进行,由包含微观太数目少的宏观态向包含微观太数目多的宏观态进行。
根据熵增加原理,孤立系统的熵在不可逆过程中总是向着熵增加的方向进行。
七.近年来对热力学第二定律的质疑
热力学第二定律是建立在对实验结果的观测和总结的基础上的定律。
虽然在过去的一百多年间未发现与第二定律相悖的实验现象,但始终无法从理论上严谨地证明第二定律的正确性。
自1993年以来,Denis J.Evans等学者在理论上对热力学第二定律产生了质疑,从统计热力学的角度发表了一些关于“熵的涨落“的理论,比如其中比较重要的FT理论。
而后G.M.Wang等人于2002在Physical Review Letters上发表了题为《小系统短时间内有悖热力学第二定律的实验证明》。
从实验观测的角度证明了在一定条件下热,孤立系统的自发熵减反应是有可能发生的。
虽然这些新的发现不至于影响到现存热力学的应用,但必然将对未来热力学的研究产生一定的影响。
热力学第二定律的不仅决定了能量转移的方向问题,具有现实的统计意义,更对信息技术、生命科学和人文科学的发展起到了非常重要的作用,同时热力学第二定律的提出表明第二类永动机是不可能造成的,根据热力学第二定律也确定了一个新的态函数——熵,并且得出熵判据。
可以说,热力学第二定律对新世纪科学技术乃至科学的发展都产生了重要的影响。
参考文献
1. 《热学》常树人编著,南开大学出版社,2001年版
2. 《物理化学》上册,王正烈编著,高等教育出版社,2001版
3. http:///view/24939.htm
4. http:///periodical_kjzx200813126.aspx。