物理学的分支热力学( 三 ) _生活百科

As加以定义：U2－U1=－As ，式中的负号表示对外做功为正功。功的单位是焦耳。在一个纯粹的热传递过程中，可用系统的内能改变来定义热量及其数值，即Q=U2－U1 ，这里定义系统吸热为正（Q大于0）。热量的单位也是焦耳。一般情况下热力学第一定律可表述为：系统由初态出发经任意过程到达终态，内能的增量ΔU等于在此过程中外界对系统所传递的热量Q和系统对外所作的功A之差。数学表达式可写为：ΔU=U2－U1=Q－A或Q=ΔU+A其中规定：系统吸热Q>0 ，系统放热Q<0；系统对外做功A>0 ，外界对系统做功A<0；系统内能增加ΔU>0 ，系统内能减少ΔU<0 。把上式套用于相差无穷小的两状态间发生的微元过程，可得热力学第一定律的微分形式：δQ=dU+δA式中的dU是内能的全微分；δQ和δA分别表示微元过程中传递的微热量和对外所做的微功，它们都不是全微分。热力学第一定律还可表述为第一类永动机（一种能不断自动做功而无须消耗任何燃料和能源的机器）是做不成的。当系统是开放的，它和介质之间不仅有热的和机械的相互作用，还有物质交换，则热力学第一定律的表述中还应增加一项因物质交换引起的能量的增量或减量。可逆和不可逆过程热力学系统的状态随时间的变化叫作热力学过程，简称过程。每一时刻系统都处于平衡态的过程叫準静态过程或準平衡过程。如果一个过程既可正向进行，也可逆向进行，而且在逆过程时系统经过的全部状态与正过程所经历的状态相同只是次序相反，并在每一步上消除了正过程在外界产生的影响，则原过程称为可逆过程。若无论用什幺办法都不能消除正过程在外界产生的影响，则原过程称为不可逆过程。事实上，没有摩擦阻力和其他损失的準静态过程一定是可逆的过程。如气缸中的理想气体在活塞作用下完成準静态的等温膨胀过程，过程中气体对外界做功和同时从恆温热源吸取热量分别为W和Q；达到终态后，若让活塞缓慢地反向运动，完成準静态的等温压缩过程，则过程将一步步地沿原过程经历的状态进行，只是方向相反，而且在每一步上外界对系统做功和系统向恆温热源放出热量的数值，恰好分别等于正过程时系统所做的功和从热源吸收的热量，并消除了原过程在外界产生的一切影响。从而说明，无摩擦和其他损失的準静态过程是可逆过程。不可逆过程的例子有向真空的自由膨胀过程（即气体起初只占据容器的一部分，然后充满其余原为真空的部分）；温度不同的两物体，通过热接触达到热平衡的过程。因为这些过程都不能在不引起外界影响的情况下而恢复原状。严格地讲，一切由大量粒子组成的系统中发生的巨观过程都是不可逆的，因为在机械运动中总伴随着摩擦损失；热传递过程中热量总是从较热的部分传到较冷的部分。这些过程中总的能量仍是守恆的，并不违反热力学第一定律。因此，必然存在另外一些基本规律，它们将对实际过程可进行的方向作出限定。这就是热力学第二定律，以及在此基础上引进的态函式熵。第二定律和熵热力学第二定律是限定实际热力学过程发生方向的热力学规律。它证实熵增加原理成立：达到平衡态的热力学系统存在一个态函式熵，孤立系的熵不减少，达到平衡态时的熵最大。这就是说，热力学第二定律要求：孤立系中发生的过程沿着熵增加的方向进行，称为熵判据。它与热力学第一定律和热力学第三定律一起，构成了热力学理论的基础。由它引出的卡诺定理指出了提高热机和制冷机经济性的方向和限度。

物理学的分支 热力学( 三 )

物理学的分支热力学( 三 )