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热力学第零定律

熱力學第零定律(Zeroth Law of Thermodynamics),又稱熱平衡定律,是熱力學的四條基本定律之一,是一個關於互相接觸的物體在熱平衡時的描述,以及為溫度提供理論基礎。最常用的定律表述是: 換句話說,第零定律是指:在一個數學二元關係之中,熱平衡是遞移的。.

20 关系: 卡諾定理 (熱力學)反對稱矩陣向量不可逆性传递关系体积理想氣體等价关系绝热过程热力学热力学第三定律热力学第一定律热力学第二定律熱平衡餘熵温度溫度計摩爾數拉爾夫·福勒

卡諾定理 (熱力學)

卡諾定理是熱力學中的一個定理,說明熱機的最大熱效率只和其高溫熱源和低溫熱源的溫度有關。此定理以尼古拉·卡諾為名。 根據卡諾定理,則.

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反對稱矩陣

在線性代數中,反對稱矩陣(或稱斜對稱矩陣)是一個方形矩陣,其轉置矩陣和自身的加法逆元相等。其滿足: 或寫作A.

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向量

向量(vector,物理、工程等也称作--)是数学、物理学和工程科学等多个自然科學中的基本概念,指一个同时具有大小和方向,且满足平行四边形法则的几何對象。一般地,同时满足具有大小和方向两个性质的几何对象即可认为是向量(特别地,电流属既有大小、又有正负方向的量,但由于其运算不满足平行四边形法则,公认为其不属于向量)。向量常常在以符号加箭头标示以区别于其它量。与向量相对的概念称标量或数量,即只有大小、绝大多数情况下没有方向(电流是特例)、不满足平行四边形法则的量。.

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不可逆性

在热力学领域中,不可逆过程(Irreversible process)是相对可逆过程而言的,指的是在时间反演变换下只能单向进行的热力学过程,这种热力学过程所具有的性质被称作不可逆性。从热力学角度而言,自然界中所有复杂的热力学过程都具有宏观上的不可逆性。宏观上不可逆性现象产生的原因在于,当一个热力学系统复杂到足够的程度,组成其系统的分子之间的相互作用使系统在不同的热力学态之间演化;而由于大量分子运动的高度随机性,分子和原子的组成结构和排列的变化方式是非常难于预测的。热力学状态的演化过程需要分子之间彼此做功,在做功的过程中也伴随有能量转换以及由分子间摩擦和碰撞引起的一定热量的流失和耗散,这些能量损失是不可复原的。.

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传递关系

在逻辑学和数学中,傳遞關係(Transitive relation)、即,若对所有的a,b,c属于X,下述語句保持有效,則集合X上的二元关系R是传递的:「若a关系到b且b关系到c,则 a关系到c。.

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体积

積(Volume)是物件佔有多少空間的量。體積的國際單位制是立方米。一件固體物件的體積是一個數值用以形容該物件在空間所佔有的空間。一維空間物件(如線)及二維空間物件(如正方形)在三維空間中均是零體積的。體積是物件佔空間的大小。.

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理想氣體

想氣體為假想的气体。其假設為:.

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等价关系

等價關係(equivalence relation)即设R是某個集合A上的一个二元关系。若R满足以下條件:.

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绝热过程

绝热过程(Adiabatic process)是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度,该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中,不存在真正意义上符合定义的绝热过程,绝热过程只是一种近似,所以有时也称为绝热近似。 绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。 如果一个热力学系统的变化快到足以忽略与外界的热交换的话,这一变化过程就可以视为绝热过程,又称“准静态过程”。准静态过程的熵增可以忽略,所以视作可逆过程,严格说来,在热力学中,准静态过程与可逆过程没有严格区分,在某些文献中被作为同义词使用。 同样的,如果一个热力学系统的变化慢到足以靠与外界的热交换来保持恒温的话,该过程则可以视为等温过程。.

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热力学

热力学,全稱熱動力學(thermodynamique,Thermodynamik,thermodynamics,源於古希腊语θερμός及δύναμις)是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科;它着重研究物质的平衡状态以及与準平衡态的物理、化学过程。热力学定義許多巨觀的物理量(像溫度、內能、熵、壓強等),描述各物理量之間的關係。热力学描述數量非常多的微觀粒子的平均行為,其定律可以用統計力學推導而得。 熱力學可以總結為四條定律。 熱力學第零定律定義了温度這一物理量,指出了相互接觸的两个系統,熱流的方向。 熱力學第一定律指出内能這一物理量的存在,並且與系統整體運動的動能和系統与與環境相互作用的位能是不同的,區分出熱與功的轉換。 熱力學第二定律涉及的物理量是温度和熵。熵是研究不可逆过程引入的物理量,表征系統通過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。 熱力學第三定律認為,不可能透過有限過程使系統冷却到絕對零度。 熱力學可以應用在許多科學及工程的領域中,例如:引擎、相變化、化學反應、輸運現象甚至是黑洞。熱力學計算的結果不但對物理的其他領域很重要,對航空工程、航海工程、車輛工程、機械工程、細胞生物學、生物醫學工程、化學、化學工程及材料科學等科學技術領域也很重要,甚至也可以應用在經濟學中。 热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功與热量之間的能量轉換;在此功定義為力與位移的內積;而熱則定義為在熱力系統邊界中,由溫度之差所造成的能量傳遞。兩者都不是存在於熱力系統內的性質,而是在熱力過程中所產生的。 熱力學的研究一開始是為了提昇蒸汽引擎的效率,早期尼古拉·卡諾有許多的貢獻,他認為若引擎效率提昇,法國有可能贏得拿破崙戰爭。出生於愛爾蘭的英國科學家開爾文在1854年首次提出了熱力學明確的定義: 一開始熱力學研究關注在熱機中工質(如蒸氣)的熱力學性質,後來延伸到化学过程中的能量轉移,例如在1840年科學家杰迈因·亨利·盖斯提出,有關化學反應的能量轉移的研究。化學熱力學中研究熵對化學反應的影響Gibbs, Willard, J. (1876).

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热力学第三定律

热力学第三定律是热力学的四条基本定律之一,其描述的是热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时將趋于定值。而对于完整晶体,这个定值为零。由於这個定律是由瓦尔特·能斯特歸納得出後發表,因此又常被称为能斯特定理或能斯特假定。1923年,吉爾伯特·路易斯和對此一定律重新提出另一种表述。 随着统计力学的发展,这個定律正如其他热力学定律一样得到了各種解釋,而不再只是由实验結果所歸納而出的经验定律。 这個定律有适用条件的限制,雖然其应用范围不如热力学第一、第二定律广泛,但仍對很多學門有重要意义——特别是在物理化学领域。.

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热力学第一定律

熱力學第一定律(First Law of Thermodynamics)是熱力學的四條基本定律之一,能量守恒定律對非孤立系統的擴展。此時能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統。即: 式中\Delta E_为系统内能的变化量,若外界对该系统做功,则W为正值,反之为负值。 写成微分形式为:.

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热力学第二定律

热力学第二定律(second law of thermodynamics)是热力学的三条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自發地朝著熱力學平衡方向──最大熵狀態──演化,同样地,第二类永动机永不可能实现。 這一定律的歷史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究,及其于1824年提出的卡诺定理。定律有许多种表述,其中最具代表性的是克劳修斯表述(1850年)和开尔文表述(1851年),这些表述都可被证明是等价的。定律的数学表述主要借助魯道夫·克勞修斯所引入的熵的概念,具体表述为克劳修斯定理。 虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律,无法得到解释,但随着统计力学的发展,这一定律得到解释。 这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度,更使这概念被引用到物理学之外诸多领域,如信息论及生态学等。.

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熱平衡

热平衡在物理学领域通常指温度在时间或空间上的稳定。其有时是一个特殊的技术术语。作为技术术语的热平衡也有两种含义:一种是系统内部的热平衡,另一种是两个物体之间物理状态的一种关系。系统内部的热平衡指系统内部温度时间和空间的一致性。而作为一种关系,它指的是两体间没有热量传递。这一条技术含义与温度的定义密切相关。.

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化學及热力学中所谓熵(entropy),是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。.

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餘熵

余熵是处于非平衡态的物质与其处于完整晶体状态的物质在温度趋近于绝对零度时熵的差值。这一概念在凝聚体物理学领域主要用来描述玻璃态非晶体及与完整晶体相比在绝对零度时的熵,而完整晶体的熵根据热力学第三定律在绝对零度时为零。当物质冷却时有多种状态时,这一概念会被常常用到。最为常见的非平衡状态为玻璃态。 一个较为常见的例子是一氧化碳,其分子有非常小的电偶极矩。当一氧化碳晶体被冷却至接近绝对零度时,极少数的一氧化碳分子会有足够时间按照完整晶体形态排列(所有分子的排列方向一致)。这样整个晶体内部就有2^N种不同的,可以得出此时的熵S.

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温度

温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」,而理論上的低極點則是「絕對零度」。「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通过有限步骤達到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标(°C)、华氏温标(°F) 、热力学温标(K)和国际实用温标。 温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是,少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統,由於缺乏統計的數量要求,是沒有溫度的意義的。 溫度出現在各種自然科學的領域中,包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。像在物理中,二物體的熱平衡是由其溫度而決定,溫度也會造成固體的熱漲冷縮,溫度也是熱力學的重要參數之一。在地質學中,岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一,在化學中,溫度會影響反應速率及化學平衡。大气层中气体的温度是气温(Atmospheric temperature),是氣象學常用名词。它直接受日射所影響:日射越多,氣温越高。 溫度也會影響生物體內許多的反應,恒温动物會調節自身體溫,若體溫升高即為發熱,是一種醫學症狀。生物體也會感覺溫度的冷熱,但感受到的溫度受風寒效應影響,因此也會和周圍風速有關。.

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溫度計

溫度計是一種運用不同原理來測量物體溫度或溫度梯度(Temperature Gradient)的儀器。溫度計有各式各樣的類型。.

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摩爾數

#重定向 摩尔.

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拉爾夫·福勒

拉爾夫·霍華德·福勒爵士 OBE FRS(Sir Ralph Howard Fowler,),英國物理學家、天文學家。.

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