物理学理论终.doc

物理学原理 能量守恒定律 自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。物体的运动具有机械能，分子运动具有内能，电荷运动具有电能，原子核内部的运动具有原子能等。这些不同形式的能量之间可以相互转化的，摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可以将电能转化为内能等。这些实例说明了不同形式的能量之间的相互转化是通过做功和热传递来完成这一转化过程。某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，减少量和增加量一定相等某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，减少量和增加量一定相等（动能和位能/势能）相对论性力学：在相对论中，质量和能量可以相互转变。计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。核力学系统：在核聚变、核裂变过程中，产生大量能量的同时，有大量的粒子射出，所以物体的质量在减少。如果核聚变、核裂变的过程可逆，那么就需要大量的粒子和大量的能量来构成核聚变、核裂变的逆变过程。核聚变与核聚变逆变、核裂变与核裂变逆变之间，它们的能量是守恒、质量也是守恒。 　　总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化，能量能够转换，从一种形态转变成另一种形态。 　　系统中储存能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的能量。,其中为物体的质量，为移动速度，为移动距离。 最后总结得出最小作用量原理的定义为：自然界总是通过最简单的方法产生作用的，如果一个物体没有任何阻碍地从一点到另一点，自然界就利用最短的途径和最快的速度来引导它。 十九世纪初期拉格朗日在前人提出的“最小作用原理”的基础上提出了关于刚体的最小势能原理。 经过人们不断对自然界的认识，人们得出自然界中一切变化或者不变化的系统都必须遵守能量守恒定律和最小作用量原理。这两个定理是相互独立的，没有任何联系。在随着物理学理论的完善人们总结出来了热力学定律。 三、热力学定律 经过人们长期的观察总结得出了热力学四大定律： 热力学第零定律：如果两个中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。，系统自外界吸收热量为，系统的内能由变为，则大量的实验表明，系统内能的增量由下式决定： 即 这就是热力学第一定律的数学表达式，它表明当热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时，系统内能的增量等于在这过程中外界对系统所作的功和系统所吸收的热能的总和。即能量守恒定律。 热力学第二定律： 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；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；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。是平衡态的熵，是温度，是热量。 热力学第二定律指出一切物体都是陷入熵增的过程。即从熵值小的状态向熵值大的状态变化是其本质。在物理学中，熵表征体系的混乱程度。波尔兹曼曾指出熵变与体系微观系数变化间的相关性，也即波尔兹曼定理： 微观状态数较少时对应于较有序的状态，较大时对应无序的状态。它表明，一个孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统达到平衡态时，熵达到最大值。 热力学第三定律：一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是绝热可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。 在绝对零度，任何完美晶体的熵为零 其中为自由能，为系统的内能，为绝对温度，为系统的熵。这里的自由变量是系统的位置坐标，体积和温度。为系统的动能，为这些参量变化时外界对系统所做的功。由此通过最小作用量原理，物理学不同分歧就互相联系起来了，正如通过能量守恒与转化定律将不同现象联系起来一样。 亥姆霍兹从哈密顿方程出发为热力学第二定律发展了一种力学类比，他深知真正的热力学系统并不是周期系统。 亥姆霍兹的单周期系统研究所提供的虽然仅仅是一种类比，但是其启发性意义却不可小视。亥姆霍兹的研究表明，可逆过程的规律及熵定理都可以用拉格朗日方程来表示，因而他们也就可以用哈密顿形式的最小作用量原理来表述。从而暗示了最小作用量原理的某种有待阐明的普遍性，作为最小作用量原理的成功运用，亥姆霍兹考察了热力学和电磁学的不同学说，他证明了热力学第二定律与最小作用量原理本质相一致。 热力学第一定律包含能量守恒定律，热力学第二定律包含最小作用量原理。一般的系统发生变化必须同时满足热力学第一定律和热力学第二定律，缺少一个定律的变化的系统都是不存在的。 自然界一切变化的过程必须遵从热力学第一定律，那么，是否任何遵从热力学第一定律的过程都能发生呢？答案是否定的，第一类永动机的设计失败给了我们很好的答案。是否任何遵从热力学第二定律的过程都能发