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知识点--热力学基本定律部分

1、热力学第零定律

如果两个热力学系统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。这一结论称做“热力学第零定律”。热力学第零定律的重要性在于

它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组

成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出：处在同一热平衡

状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的

状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡

之必要的条件。

热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。通常表述为：与第三个系统处于

热平衡状态的两个系统之间，必定处于热平衡状态。第零定律表明，一切互为热平衡的系统

具有一个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计所以能够测定物体温度正是依据这

个原理。

另一种表述：处于热力学平衡状态的所有物质均具有某一共同的宏观物理性质。

2、热力学第一定律：

热力学第一定律也就是能量守恒定律。基本内容：一个热力学系统的内能增量等于外

界向他传递的热量与外界对他做功的和。（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会

发生变化。）表达式:△U=W+Q

符号规律：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的

情况，因此在使用:△U=W+Q时，通常有如下规定：

①外界对系统做功，W0，即W为正值。

②系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W0,即W为负值

③系统从外界吸收热量，Q0，即Q为正值

④系统从外界放出热量，Q0，即Q为负值

⑤系统内能增加，△U0，即△U为正值

⑥系统内能减少，△U0，即△U为负值

从三方面理解：

1）如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时

物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△

U=W

2）如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，

这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即

△U=Q

3）在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量

共同决定。在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W

之和。即△U=W+Q。

3、热力学第二定律：

1）自发过程的方向性

自发过程：总结出四种自发过程：

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（1）热传导的过程具有方向性

实例：两个温度不同的物理相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温度物体。

[注意]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱

内（温度较低）的热量，传给外界空气（温度较高），是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系

统做了功。

热传导的过程可以向一个方向自发地进行（热量从高温物体自发地传给低温物体）；

但向相反的方向不会自发地产生（热量不会自发地从低温物体传给高温物体），只有借助外

界的帮助才能进行。

（2）气体的绝热自由膨胀的方向性

气体可以自发地向真空种自由膨胀，但是绝对不会发生相反的现象：即充满容器的气

体会自发地收缩到很小的部分，而其余体积内都为真空。

（3）气体的扩散的方向性

两种不同的气体可以自发的进入对方，最后成为一种均匀的混合气体，但是绝不会发

生相反的现象：一种均匀的混合气体会自发的分开，成为两种气体，除非借助外界帮助。

（4）机械能转化内能的方向性

（1）通过摩擦而使热功变热的过程是有方向性的。绝对不会发生相反的过程：物体自

动地降低温度使其对外做功。

（2）内能是可以转化为机械能的，如热机。热机是一种把内能转化为机械能的装置。

以内燃机为例，我们来研究热机。

它工作时，是汽缸中的气体得到燃料燃烧的热量，推动活塞做功，然后排出废气

带走热量。由能量守恒定律知：。