热力学定律及其内涵分析

汤维亚

【摘要】研究物质的热性质及热运动规律的学科，就是热力学。到目前为止，热现象的宏观理论产生的基础，一直是热力学四大定律，可以说热力学四大定律的发现，是热力学发展的基础和重要前提。

【关键词】热力學 定律 内涵

【中图分类号】O414.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）01-0148-02

热力学是伴随着人们的生产生活而发展起来的，从十六世纪末到十七世纪初，伽利略制作出了人类史上第一个空气温度计，到第一次工业革命有了蒸气机，第二次工业革命内然机的出现，都是热力学发展进步的证明。热力学发展到今天，军事国防、农业生产、医疗卫生、食品保鲜等各个行业的发展，都离不开热力学理论。在热力学发展的过程中，人们总结出了热力学四大定律，这是热力学发展和进步的前提。

一、热第学第零定律

凡是与冷热变化密切相关的热效应或热现象，都是热力学研究的内容。在热力学的研究中，温度是热力学特有的宏观状态参量，最能直接表达出系统冷热的具体状态。

热力学第零定律也叫热平衡定律，其内容是：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统的同一热状态处于热平衡，则这两个热力学系统彼此也必定处于热平衡。基于热力学第零定律这一理念，为温度概念的产生提供了基础。温度是表征处于同一热平衡的系统所具有的共同宏观性质的物理量，而这一概念成立的前提，正是热力学第零定律所反映出的热力学现象，即所有处于同一热平衡状态的热力学系统，都具有一个共同的宏观性质。

二、热力学第一定律

分子的无规则运动产生热量，使物体有了温度，而组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和，被称为内能。内能是表达物质热量的一种能量状态，也是热力学系统的重要研究内容。在热力学系统中，想要改变热量的能量状态有两种方式，即做功和热传递。不论是做功还是热传递，都是热量的转化形式，而热力学第一定律，就是针对热量转化的科学定律。

热力学是表达不同形式的能量在传递与转换过程中的守恒定律，其概念是：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。热力学第一定律的表达式为：Q=△U+W。

热力学第一定律的确立，经过了长期的生产实践和大量的科学实验，直到十九世纪中期，才以科学定律的形式确立起来。热力学第一定律研究内容是能量守恒和转化，即热量的转移和改变。

三、热力学第二定律

热力学第一定律是自然界一切热现象发生过程的原则，既转换关系，但热力学第一定律除了指出能量守恒外，并没有对热现象发生过程给出更多的限制，既转换条件。而这些问题，就由热力学第二定律来解决。

在对热机效率的研究中，人们发现了热力学第二定律。对于热力学第二定律，德国人克劳修斯和英国人开尔文分别提出了原始表述。经过不断的研究和整理，现如今对热力学第二定律的表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。因此这条定律又称为“熵增定律”，它表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。

四、热力学第三定律

热力学第三定律是对“熵”的论述，其表述为：一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何自发过程中，熵总是增加，在绝热可逆过程中，熵增等于零。定律为：在绝对零度，任何完美晶体的熵为零；或不可能利用有限的操作使一物体冷却到热力学温度的零度，此种表述可简称为绝对零度不可能达到原理。

热力学第三定律是在对低温现象的研究中总结出来的，它能应用于两种情况，即稳定的平衡态和亚稳定的平衡态，是应用非常普遍的热力学定律。

热现象不仅存在于人们的日常生产和生活中，自然界中也存在大量的热现象，而一切热现象的发生，其过程都遵从热力学四大定律，因此想要深入研究热力学，就必须理解热力学四大定律。热力学四大定律分别在不同的角度对自然界中的热现象发生的规律进行了总结，是热力学研究中非常重要的定律。热力学第零定律是热力学研究的基础；而热力学第一定律却揭示了能量在转换的过程中遵循守恒定律；热力学第二定律揭示了能量变化遵循的客观规律及条件，直接证明了永动机不可能制成；热力学第三定律则指出了温度趋于绝对零度时，物质所表现出的极限性质，是人类探索低温世界的前提和基础。

参考文献：

[1]宁雅丽.热力学定律及其内涵分析[J].甘肃广播电视大学学报，2014，（3）：49-52.

[2]张继良.试论热力学熵定律之广义[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），1999，（1）：68-69.