热力学定律应用论文设计作业.doc

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1、热力学定律的应用【摘要】本文主要是从热力学定律的本质为出发点，而后分别简要的介绍了三大热力学定律在各个学科领域得到的广泛地应用。【关键词】热力学定律、本质、应用【Abstract】Thisarticlemainlyfromthenatureofthesecondlawofthermodynamicsasastartingpoint,andthenbrieflyintroducesrespectivelythethreelawsofthermodynamicsinvariousdisciplinesshouldbeextens

2、ively【Keywords】secondlawofthermodynamics,nature，application【引言】热力学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。有关该定律的实质和应用是本文讨论的重点。热力学第一定律即能量守恒定律，利用它可解决各种变化过程中的能量守恒问题；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

3、程的方向与限度的普遍规律；而热力学第三定律的确立，可以由热性质计算物质在一定状态下的规定熵，实现了完全由热性质判断化学变化的方向。由于在生活实践中，自发过程的种类极多，热力学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。1.热力学定律的实质1.1、热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质是自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。能量守恒与转换定

4、律在热力学上的一种特定应用形式。它说明了热能与机械能互相转换的可能性及其数值关系。自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数量保持不变。该定律就称为热力学第一定律，也称为能量转换与守恒定律，这一定律也被表示为：第一类永动机（不消耗任何形式的能量而能对外做功的机械）是不能制作出来的。2.2数学表达式2.2.1能定理将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想，它的发展应借助于数学。马克思讲过，一门科学

5、只有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层层推论，建成一个严密的体系。热力学也理应这样的发展起来。所以下一步应该建立热力学第一定律的数学表达式。第一定律描述功与热量之间的相互转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数（即态函数），把它与功和热量联系起来，由此说明功和热量转换的结果其总能量还是守恒的。在力学中，外力对系统做功，引起系统整体运动状态的改变，使系统总机械能（包括动能和外力场中的势

6、能）发生变化。系统状态确定了，总机械能也就确定了，所以总机械能是系统状态的函数。而在热学中，煤质对系统的作用使系统部状态发生改变，它所改变的能量发生在系统部。能是系统部所有微观粒子（例如分子、原子等）的微观的无序运动能以及总的相互作用势能两者之和。能是状态函数，处于平衡态系统的能是确定的。能与系统状态之间有一一对应的关系。从能量守恒原理知：系统吸热，能应增加；外界对系统做功，能也增加。若系统既吸热，外界又对系统做功，则能增加应等于这两者之和。为了证明能是态函数，也为了能对能做出定量的定义，先考虑一种较为简单的情况——绝热过程

7、，即系统既不吸热也不放热的过程。焦耳做了各种绝热过程的实验，其结果是：一切绝热过程中使水升高相同的温度所需要做的功都是相等的。这一实验事实说明，系统在从同一初态变为同一末态的绝热过程中，外界对系统做的功是一个恒量，这个恒量就被定义为能的改变量，即（能定理）因为仅与初态、末态有关，而与中间经历的是怎样的绝热过程无关，故能是态函数。2.2.2热力学第一定律的数学表达式若将推广为非绝热过程，系统能增加还可来源于从外界吸热Q，则（热力学第一定律一般表达式）这就是热力学第一定律的数学表达式。前面已讲到，功和热量都与所经历的过程有关，它

8、们不是态函数，但二者之和却成了仅与初末状态有关，而与过程无关的能改变量了。1.2热力学第二定律的实质1.2.1可逆过程与不可逆过程一个热力学系统，从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态。若存在另一过程，能使系统与外界完全复原(即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对外界的一切影响)，则