热力学基本定律

热力学基本定律

经典热力学是基于四个经验原理,即热力学的零定律、第一定律、第二定律和第三定律。这些定律定义了热力学性质,这对理解热力学原理非常重要。第零定律定义温度第一定律定义了热力学能第二定律定义了熵,第三定律可以用来获得绝对熵值。以上四种热力学规律是基于人类对自然现象的观察;它们不是数学推导出来的方程。因为没有发现任何例外;这些是公认的法律。
质量守恒是一个基本概念,即质量既不被创造也不被毁灭。
热力学第零定律当两个系统与第三个系统处于热平衡时,它们之间又处于热平衡。这意味着这三个系统的某些性质必须是相同的。这个性质就是温度。因此这一定律是温度测量的基础。温度相等是热平衡,即不传热的充分必要条件。
第零定律
第零定律

热力学第一定律

这是能量守恒定律的一个表述。而且,根据这个定律,热和功是可以互换的。任何违反第一定律(即创造或破坏能量)的系统都被称为第一种永动机(PMM)。
对于一个经历循环过程的系统,热力学第一定律由:
热力学第一定律
热力学第一定律


热力学第二定律

热力学第二定律是极限定律。它给出了系统效率的上限。第二定律也承认过程遵循一定的方向,而不是相反的方向。它还定义了一个重要的属性
热不会自发地从低温物体流向高温物体,这是常识。为了将热量连续地从较低的温度传递到较高的温度(即保持较低的温度),需要一个制冷系统,该系统需要外界的功输入。这是热力学第二定律的原理之一,被称为克劳修斯第二定律。

克劳修斯的第二定律

在没有外部热源做功的情况下,热量不可能在低温到高温的循环过程中传递。
这也是一个事实,所有提供给系统的能量,作为功,可以消散为传热.另一方面,所有以传热形式提供的能量不能连续地转换成功,从而使热效率达到100%。在循环过程中,只有一部分高温传热能转化为功,剩下的部分只能被排斥到较低温度的环境中。如果可以通过单一热源的传热连续做功,那么汽车就可以通过从大气中获取能量而不需要任何成本。能够实现这一目标的假想机器被称为第二类永动机。这个事实包含在第二定律的开尔文-普朗克声明中。

第二定律的开尔文-普朗克陈述

我们不可能制造出一种循环运转的装置(发动机),这种装置除了从单个热源中提取热量并将其全部转化为功之外,不会产生任何影响。
数学上,开尔文-普朗克声明可以写成:

Kelvin-Planck声明

热力学第三定律:

这个定律给出了熵绝对值的定义并指出绝对零度是无法实现的。这个法律的另一个版本是“完美晶体的熵在绝对零度时为零”。

熵的定义:

1.是一个状态变量,它的变化定义为可逆过程在T时的变化,其中Q是吸收的热量。
2.对不能做功的能量的一种度量。
3.一种系统无序度的量度。

然而,对于不完全晶体来说,即使所有的运动都停止了,也存在一些与分子和原子的构型相关的熵,因此,在这种情况下,当T→0时,熵并不趋向于零,而是趋向于一个叫做构型熵的常数。
第三定律允许绝对熵以绝对零作为参考状态时的零熵来确定。在制冷系统中,我们只处理熵的变化,绝对熵没有多大用处。因此,在任何适当选择的参考状态下,熵都可以被认为是零或常数。
第三定律的另一个后果是绝对零度是无法实现的。人们试图通过磁化使分子排列接近绝对零度。接下来是冷却和退磁,从物质中提取能量并降低其温度。可以证明,这个过程需要无限次循环才能达到绝对零度。在后面的一章中,我们将说明,要保持绝对零度,需要做无限大的工作,如果能做到的话。

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萨钦Thorat

Sachin是一所著名工程学院机械工程B-TECH毕业生。188金宝搏bet官方下载目前,他在钣金行业担任设计师。此外,他还对产品设计、动画和项目设计感兴趣。他也喜欢写与机械工程领域相关的文章,并试图通过创新的项目思路、设计、模型和视频来激励其他机械工188金宝搏bet官方下载程专业的学生。

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