院士物理科學課(十五):如湯探冷熱——熱的歷史與熱力學第零定律

2020-11-27 騰訊網

第十五課

如湯探冷熱——熱的歷史與熱力學第零定律

主講人

楊義峰,中科院物理所研究員,博士生導師,課題組長,現從事強關聯和超導理論研究;1997年就讀北京大學物理系,2007年在德國馬普固態所獲博士學位,2010年回物理所工作,2015年受聘國科大崗位教授。

《雲裡 · 悟理》系列微課簡介

人類對熱現象的認識源自體感的寒冷或溫暖。但體感是不可靠的,尋找可靠的描述熱現象的物理量是物理學的重要工作。本講將帶你一起了解溫度、熱量這些重要物理概念的來龍去脈。

(科普中國)

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    第零定律由英國物理學家福勒提出,這位也是位大神,他的老丈人就是鼎鼎大名的盧瑟福,盧瑟福有一個學生就是量子論創始人玻爾,因為這層關係,他和整個量子學派關係不錯,他有兩個學生也是大名鼎鼎,一個是狄拉克,一個是錢德拉塞卡。
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    捋一捋熱力學第零、第一、第二、第三定律都說了些什麼?一,熱力學第零定律首先我們來看一看,什麼是熱力學第零定律。說起來這個第零定律,他還有一段歷史,在人們發現熱力學第一、第二、第三定律以後,人們發現,有一個比第一定律,還要更基本的熱力學定律,但由於第一定律已經被佔用,就將其命名為熱力學第零定律。(有這麼一種說法)熱力學第零定律指,當一個熱力學系統A和另外兩個熱力學系統B、C分別達到熱平衡狀態時,那麼熱力學系統B、C也是熱平衡狀態。
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    在說熱力學第一定律之前,可先回顧一下前面曾提到過的熱力學第零定律,具體可參考「溫度和溫標」。
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    熱力學定律的重要之處在於它們是普適的,適用於力學、電磁學、光學、原子物理、核物理等所有物理過程,也適用於化學、生物學等所有自然科學領域。這是其他學科和理論都望塵莫及的。電磁理論只適用於電磁領域,力學理論只適用於力學領域這些理論,都是各自獨立、互不約束的,但熱力學卻滲透到所有這些領域中。
  • 高中物理熱力學三大定律總結
    熱力學第三定律通常表述為絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零, 或者絕對零度(T=0)不可達到。熱力學第一定律也就是能量守恆定律。自從焦耳以無以辯駁的精確實驗結果證明機械能、電能、內能之間的轉化滿足守恆關係之後,人們就認為能量守恆定律是自然界的一個普遍的基本規律。
  • 熱力學第二定律的來源
    不管是冰箱的運轉,還是宇宙黑洞的物理規律,都遵循熱力學第二定律。有些宇宙學家甚至在思考,這一定律會不會帶來宇宙的終結。由於有熱力學第二定律這一物理法則,發動機或者其他把熱(系統以溫度形式儲藏的能量)轉化為物理運動(功)的效率都會受到限制。例如,蒸汽機把熱蒸汽轉化為火車動能從而推動火車前進,但蒸汽機並不能以100%的效率完成這一過程,會有一定量的熱能損失在環境中。
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    熱力學第一定律也就是能量守恆定律。自從焦耳以無以辯駁的精確實驗結果證明機械能、電能、內能之間的轉化滿足守恆關係之後,人們就認為能量守恆定律是自然界的一個普遍的基本規律。●內容一個熱力學系統的內能U增量等於外界向它傳遞的熱量Q與外界對它做功A的和。(如果一個系統與環境孤立,那麼它的內能將不會發生變化。)
  • 【物理定律】熱力學三大定律,你全都知道嗎?
    ②不可能從單一熱源取熱,把它全部變為功而不產生其他任何影響(這是從能量消耗的角度說的,它說明第二類永動機是不可能實現的)。 (2)說明①熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一,是指熱永遠都只能由熱處轉到冷處(在自然狀態下)。它是關於在有限空間和時間內,一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。
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    熱力學在發展過程中形成了三大基本定律,它們構成了熱力學的核心。熱力學第一定律:能量守恆定律德國物理學家邁爾從1840年起就開始研究自然界各種現象間的轉化和聯繫。在他的論文《與有機運動相聯的新陳代謝)中,把熱看作「力」(能量)的一一種形式,他指出"熱是能夠轉比為運動的力「。
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    話說熱力學有四大定律。(What?竟然有四大定律,我怎麼只聽說過熱力學三大定律?)
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    當將一根鋼筋棍的下端揷入鋼水中燒紅,然後又將燒紅的下端揷入冷水中冷卻,手握的上端並不跟著冷卻,卻是越來越熱,,好像原來鋼筋棍下端的熱被冷卻驅趕至手握端,使人感覺冷能驅趕熱,使熱從冷處流向熱。顯然這是違反熱力學第二定律的實例。2 .
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    1.熱力學第一定律(1)改變物體內能的兩種方式① 做功 ② 熱傳遞(2)熱力學第一定律①內容:一個熱力學系統的內能增量等於外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功②表達式:對熱力學第一定律的理解(1)熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是等效的,而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關係。此定律是標量式,應用時功、內能、熱量的單位應統一為國際單位焦耳。
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    一、熱力學第一定律1.改變物體內能的兩種方式做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。做功和熱傳遞在改變物體的內能上是等效的。3.熱力學第一定律的應用熱力學第一定律的表達式:ΔU=W+Q,揭示了能量的轉化和守恆定律,在實際中具有很廣泛的應用。在運用ΔU=W+Q分析問題時,首先必須理解表達式的物理意義,掌握它的符號法則:①.外界對物體做功,W取正值;物體對外界做功,W取負值。
  • 物理熱學史宏觀:熱力學三大定律
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