热力学基本规律

第３２卷第１ｌ期　２０１３年１１月　绵阳师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．１１　ＮＯＶ．，２０１３　

热力学定律解读生命体系运动基本规律　

宋若静，孙玉希　

（绵阳师范学院光致功能材料重点实验室，四川绵阳６２１０００）　

摘要：该文用热力学定律解读生命运动基本规律，揭示生命运动规律的函数关系，认为其运动过程是生命　体系对环境做功　（为负值）获得物质热Ｑ（为正值），并将获得的Ｑ通过做功　（为负值）过程转化为内能ｕ并变　

化维持的过程，回答了生命奋斗的目的和价值．　关键词：生命体系；运动基本规律；热力学定律　中图分类号：Ｇ２０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－６１２ｘ（２０１３）１１－０１３０－０４　

０　引言．　

在应试教育的大背景下，成绩成为教学工作的杠杆，致使教师往往只重视知识传授与解答，忽视包括　

育人方面的素质教育，其最终结果往往是教学与实践脱节，学生高分低能，不能满足现代化建设、社会生产　

的人才需求．　

面对目前中国教育的现状，许多教育工作者积极进行教育模式的研究探索，不断更新教材和教学模　

式．作为学校培养人才的最后一个环节，高校在人才培养方面也受到社会的挑战和批评．社会认为当前中　

国高校仅仅是培养了人才胚子而已，并没有有效起到培养专业技能、创新思维等综合素质人才的作用．　

教学工作过程是一个“教书一育人”过程，理论上讲“育人”比“教书”更加重要．而在应试教育的背景　

下，中国学校的老师们在“教书”方面可以说绞尽脑汁，而在“育人”教育方面挖掘的内容甚少，尤其是理工　

科老师更是如此．　

物理化学作为化学专业的一门专业基础课程，其知识体系与重点难点较多，以至于物理化学的教学工　

作者们大部分工作致力于教学内容与教学法的研究探索¨　Ｊ，在于如何使学生更有效掌握该课程的知识内　

容　．这样以来，老师们更多的时间是琢磨如何精简地讲述教学内容，很容易忽视教学过程中“育人”的　

第一章

1.基本概念

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

第8章热力学基本概念基本规律

系统与状态的描述；

热力学过程与系统的内能；

热力学基本定律;

熵及热力学第二定律的数学表示；

热力学基本微分方程；

熵增加原理及过程判据；

能斯脱定理与绝对熵。

§8.1系统与状态描述

•系统

•热力学系统的平衡状态及其描述

•物态方程

一、热力学系统

•系统和外界

•系统的区分

1、系统和外界：

•热力学中作为研究对象的范围称为热力

学系统，简称为系统。由大量微观粒子（可

以是原子、分子或电子也可以是场这种特殊

物质）组成的有限宏观客体；在时间与空间

上具有宏观尺度及包含极大数目的力学自由

度；抽象为一些典型的体系。

•所有与系统发生作用的系统以外的物质称为系统的外界或环境，简称为外界。

2、系统的分类：

根据系统和外界相互作用的情况区分

按化学性质划分

按物理和按化学性质划分

按均匀程度划分

⑴、根据系统和外界相互作用的情况区分

•孤立系统：与外界不发生任何相互作用的

系统称为孤立系统。此时系统和外界既无能量交换也无物质交换。

•封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统。

•开放系统：与外界既有物质交换，也有能量交换的系统称为开放系统，简称开系。

孤立系统的概念是一个理想的极限概念例：气体系统

00WQ孤立系统：粒子数N不变、能量E不变。

封闭系统：粒子数N不变、能量E可变。00QW



00WQ开放系统：粒子数N可变、能量E可变。

⑵、按化学性质划分

•单元系：由单种化学组元组成。

•多元系：由两种以上化学组元组成。

⑶、按物理和按化学性质划分

•单相系：整个系统的物理、化学性质

相同。

•复相系：系统可分为若干部分，各部

分内物理、化学性质相同，但部分与

部分之间有所不同。

⑷、按均匀程度划分

•均匀系统：组成系统的粒子的空

间统计分布处处相同。

•非均匀系统：组成系统的粒子的

空间统计分布各处有所不同。

二、热力学系统的平衡状态及

其描述

•热力学系统的平衡状态

•热力学系统平衡状态的描述

1、热力学系统的平衡状态

1、温度：表示物体冷热程度的物理量。

目前国际上常用的有热力学温标（又称开氏温标或绝对温标），其温度符号为T，单位为K；摄氏温标，其温度符号为t，单位为℃。摄氏温标1℃和开氏温标1K是相等的，两者的换算关系为T=t＋273K。

2、热量：当热力系统与外界之间存在温差时，系统通过边界与外界之间相互传

递的非功型能量，称为热量。热量是能量的一种形式。热量用Q表示，单位为焦［耳］（J）或千焦［耳］（KJ）。当物质接受或放出热量时，仅产生温度变化而无相的变化，该热量称为显热；如出现相的变化而无温度的变化，该热量称为潜热。

3、功：功是热力系统与外界存在不平衡时，系统通过边界与外界相互传递的能量。由气态工质组成的热力系统，当其进行压缩或膨胀时，与外界交换的功称为压缩功或膨胀功，统称为容积功。功用W表示，其单位为焦［耳］（J）或千焦［耳］（KJ）。

4、功率：单位时间内所做的功称为功率，用P表示，其单位为瓦（W）或千瓦（KW）。

5、冷吨：冷吨是冷冻吨的简称，是指1t、0℃的水在24h内变为0℃的冰所需的冷量。进口设备有采用此单位的。冷吨不是法定计量单位，各国冷吨的实际大小也不一致，它们与法定计量单位的换算如下：

1USRT（美国冷吨）=3.517KW

1BRT(英国冷吨)=3.923KW

1JRT(日本冷吨)=3.861KW

6、气化：物质从液态转化成气态的过程叫做气化。气化有两种形式，即蒸发和沸腾。

在任何温度下，液体表面发生的气化现象，叫做蒸发。液体的温度越高，表面积越大，蒸发进行得越快。在相同的外界条件下，不同的物质，蒸发的快慢也不同，这是由于物质分子间的引力大小不同，分子飞离液面所需动能不一样所致。

对液体加热到一定温度时，液体内部便产生大量气泡，上升到液面破裂而放出大量蒸气，这种在液体表面和内部同时进行的剧烈气化现象叫做沸腾。液体沸腾时的温度叫沸点。相同压力下，各种液体的沸点通常是不同的。对于同一种液体，压力越低，沸点降低。