热力学第二定律_热力学第零定律公式_热力学第零定律

热力学是研究物质的热性质及其热运动规律的一门学科。在1592-1600年间，伽利略制作了人类第一个空气温度计[1],1620年培根注意到2个物体摩擦产生的热和物体的冷热程度是有区别的[2].1760-1830年间的第一次产业革命，有力地推动了生产力的发展和社会的进步，科技成就空前辉煌，纺织工业开始机械化生产，特别是蒸汽机的发明和应用，直接促进了热机理论的研究。

第二次产业革命的到来，内燃机的出现代替了蒸汽机，特别是汽油机和柴油机，立即获得广泛应用。直到第三次产业革命，原子能的出现，使社会生活进入原子时代，原子能广泛应用于国防军事、农业生产、医疗卫生、食品保鲜等领域。由此可见热力学的发展伴随着人们的生产生活，热力学四大定律是在热力学发展的过程中产生的。

2热力学第零定律

热力学的研究内容涉及一系列与系统的冷热变化有密切关系的热效应或热现象。温度是热力学所特有的状态参量，能具体、直接地表达系统的冷热特点。如果2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2个热力学系统彼此也必定处于热平衡。这一结论称为热力学第零定律，也叫做热平衡定律[3].

热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础，这个定律反映出：处于同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观性质，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就定义为温度。因此，一切互为热平衡的系统都具有相同的温度，这也是用温度计测量物体温度的依据。

从微观上来看，温度是构成系统的大量分子无规则运动强弱的表现，是分子平均平动能的量度。因此，2个物体温度相同的微观实质是：组成两个物体的分子的平均平动能相同。当两个温度不同物体发生热接触时，分子平均平动能大的物体要向分子平均平动能小的物体传热，直至两个物体的分子平均平动能相同为止。

3热力学第一定律

3.1内能

从微观结构来看，系统的内能是指系统内所有分子各种形式的无规则运动动能、分子内原子间振动势能和分子间的相互作用势能，以及原子和原子核内能量的总和。从宏观来看，内能就是由热力学系统内部状态所决定的一种能量，它是系统状态的单值函数，当系统经过一绝热过程发生状态改变时，内能的增量等于外界对系统所做的功。改变系统内能的方式有两种：做功和热传递。

做功是能量由一种形式转化为另外一种形式的过程，即其他形式的能向内能转化的过程，不同形式的力所做的功对应着不同形式的能量的转化。例如，摩擦生热是机械能转化为内能的过程；房子里的空调工作的过程是把电能转化为内能的过程，等等。热传递是指热量从高温物体传到低温物体或者从一个物体的高温部分传到低温部分的过程。在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。

例如两杯不同温度的水接触，热量会从高温的水向低温的水传递，最后温度达到相等；如果对一个金属棒一端进行加热，热量会从加热的这端向另一端传递，最后整个金属棒的温度相等。由此可见，做功和热传递在改变物体内能上是等效的。

3.2热力学第一定律

做功和热传递都可以改变系统的内能，当改变内能的这两种方式同时存在的情况下，系统的内能的增量等于在这个过程中外界对系统所做的功和系统所吸收的热量总和[4],因此热力学第一定律的数学表达式为：ΔU=Q+Z式中，ΔU为正，表示系统的内能增加，为负表示系统的内能减少；Q为正表示系统从外界吸热，为负则表示系统向外界放热；A为正表示外界对系统做功，为负表示系统对外界做功。

3.3热力学第一定律的内涵

做功和热传递都可以改变系统的内能，但是本质上还是有区别的。做功是与宏观位移相联系的，功是过程量，做功的过程就是能量转化的过程。热传递是通过分子碰撞的方式把高温物体的内能转移到低温物体上去的。热力学第零定律