热力学基础--热力学的基本概念和定律

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1 热力学的基本概念和定律

热力学是研究不同形式能量转化过程中所遵循的规律以及各种因素对能量转化过程影响的一门科学。热力学主要是建立在两个经验定律的基础上，即热力学第一定律和热力学第二定律。前者确定了各种能量转化的定量关系，后者则描述了判断物理变化和化学变化在指定条件下进行的可能性，即方向性和限度的普遍性。

热力学的研究对象是大量微观粒子所构成的宏观体系，热力学的研究方法是严格的逻辑推理方法。热力学应用范围极其广泛，在耐火材料的生产和使用过程中，经常涉及热力学基本原理的应用，所以对热力学基础的熟练把握，能帮助更好的掌握耐火材料生产和应用方面的知识。

1.1 热力学第一定律

能量既不能凭空创造，也不能自行消灭，它可以从一种形式转化为另一种形式，这就是人们常说的能量守恒原理，是人类长期生产实践的经验总结。

热力学第一定律一般被表述为：第一类永动机是不能创造的。所谓第一类永动机就是不需要供给任何能量可使其连续做功的机器。显然，这类机器是违背能量守恒原理的，因此是不能实现的。

在具体应用过程中，必须将热力学第一定律以数学形式表示出来。设一封闭体系内发生某一过程，体系从环境吸热Q并对外做功W，使体系的内能由U1变化到U2，那么根据能量守恒与转化定律有：

△U1= U2-U1=Q-W (1)

若体系发生微小变化，则内能的变化dU可表示为：

dU=δQ-δW (2)

式(1)和(2)就是热力学第一定律的数学表达式。即，过程中体系的内能增量等于体系所吸入的热与体系对环境所作功的差值。式中的W是总功，即，体系功和非体系功之和。

2 热力学第二定律

同热力学第一定律一样，热力学第二定律也是人类生产经验的总结。热力学第二定律的表述方法很多，最主要的有以下两种说法。

(1)克劳修斯说法：热从低温物体传给高温物体，而不产生其他变化是不可能的。或者说，热不能自动从低温向高温流动。

(2)开尔文说法：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不发生其他变化是不可能的。或者说，第二类永动机是不可能的。

克劳修斯的说法是指明热传导的不可逆性，开尔文说法是指明功转变为热的过程的不可逆性。实际上，这两种说法是一致的。