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熱力學

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-09-19
熱學是研究熱的產(chǎn)生和傳導,研究物質處于熱狀態(tài)下的性質及其變化的學科。人們很早就有冷熱的概念。對于熱現(xiàn)象的研究逐步澄清了關于熱的一些模糊概念(例如區(qū)分了溫度和熱量),并在此基礎上開始探索熱現(xiàn)象的本質和普遍規(guī)律。關于熱現(xiàn)象的普遍規(guī)律的研究稱為熱力學。到19世紀,熱力學已趨于成熟。
物體有內(nèi)部運動,因此就有內(nèi)部能量。19世紀的系統(tǒng)實驗研究證明:熱是物體內(nèi)部無序運動的表現(xiàn),稱為內(nèi)能,以前稱作熱能。19世紀中期,焦耳等人用實驗確定了熱量和功之間的定量關系,從而建立了熱力學第一定律:宏觀機械運動的能量與內(nèi)能可以互相轉化。就一個孤立的物理系統(tǒng)來說,不論能量形式怎樣相互轉化,總的能量的數(shù)值是不變的,因此熱力學第一定律就是能量守恒與轉換定律的一種表現(xiàn)。
在卡諾研究結果的基礎上,克勞修斯等科學家提出了熱力學第二定律,表達了宏觀非平衡過程的不可逆性。例如:一個孤立的物體,其內(nèi)部各處的溫度不盡相同,那么熱就從溫度較高的地方流向溫度較低的地方,最后達到各處溫度都相同的狀態(tài),也就是熱平衡的狀態(tài)。相反的過程是不可能的,即這個孤立的、內(nèi)部各處溫度都相等的物體,不可能自動回到各處溫度不相同的狀態(tài)。應用熵的概念,還可以把熱力學第二定律表達為:一個孤立的物理系統(tǒng)的熵不會著時間的流逝而減少,只能增加或保持不變。當熵達到最大值時,物理系統(tǒng)就處于熱平衡狀態(tài)。
 
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