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热力学基础

关键词

热

力

学

力学

热力学

基础

关键词

热

定义

热是系统和环境由于温差而传递能量的形式

力

定义

力是物体对物体之间的相互作用

学

概念

学是学科的意思

注意这里说的是热力学的意思

力学

定义

力学是研究物质相互作用及其运动规律的学科

注意这里说的是热力学

热力学

定义

热力学是研究宏观物质系统平衡和变化的性质及其规律的学科

基础

概念

基础是事物的基本组成、结构等

注意这里说的是热力学的基础知识

热力学基础

概念

热力学基础是热力学上的基础知识

基础

热力学、系统和环境、状态和性质、过程和途径、热力学函数、热力学定律和定理

热力学

定义

热力学是研究宏观物质系统平衡和变化的性质及其规律的学科

宏观物质物质系统就是宏观热力学系统

概念

热力学是研究热现象平衡和变化的性质及其规律的学科

分类

经典热力学、非经典热力学

经典热力学

定义

经典热力学是研究不做非体积功的封闭系统或孤立系统的热力学

非经典热力学

定义

非经典热力学是研究做非体积功的封闭系统或孤立系统的热力学

平衡态热力学、非平衡态热力学

平衡态热力学

定义

平衡态热力学是系统发生可逆过程的热力学

非平衡态热力学

定义

平衡态热力学是研究系统发生不可逆过程的热力学

经典平衡态热力学、经典非平衡态热力学、非经典平衡态热力学、非经典非平衡态热力学、

经典平衡态热力学

定义

经典平衡态热力学是研究不做非体积功的封闭系统或孤立系统或敞开系统发生可逆过程的热力学

经典非平衡态热力学

定义

经典非平衡态热力学是研究不做非体积功的封闭系统或孤立系统发生不可逆过程或敞开系统的热力学

非经典平衡态热力学

定义

非经典平衡态热力学是研究做非体积功的封闭系统或孤立系统发生可逆过程的热力学

非经典非平衡态热力学

定义

非经典非平衡态热力学是研究做非体积功的封闭系统或孤立系统发生不可逆过程或敞开系统的热力学

系统和环境

系统

名称

繁称

热力学系统

宏观热力学系统

别称

体系

物系

定义

系统是热力学中人为划定的研究对象

分类

敞开系统、封闭系统、孤立系统

敞开系统

封闭系统

孤立系统

相同点和不同点

相同点

都是系统

不同点

敞开系统既有物质交换又有能量交换

封闭系统只有能量交换，没有物质交换

孤立系统既没有物质交换，也没有能量交换

环境

名称

繁称

热力学环境

宏观热力学环境

定义

环境是系统之外并与系统密切相联系的部分

状态和性质

状态

名称

繁称

热力学状态

宏观热力学状态

分类

平衡态、非平衡态

平衡态

定义

平衡态是系统的宏观性质不随时间的变化而变化的状态

对象

是宏观性质，不是性质，也不是微观性质。性质包括宏观性质和微观性质，微观性质一直在变，是一种动态平衡变化

非平衡态

准静态、动态

准静态

和平衡态、非平衡态

关系

准静态是由无数个无限接近的平衡态组成，可近似认为是平衡态，但实质是非平衡态

标准态、非标准态

性质

名称

繁称

热力学性质

宏观热力学性质

分类

广度性质和强度性质

广度性质

名称

别称

容量性质

定义

广度性质是性质的数值和系统的物质的量成正比的性质

特点

正比性、加和性、在数学上是一次齐函数

分类

物质的量、质量、体积

物质的量

质量

体积

强度性质

定义

强度性质是性质的数值和系统的物质的量没有关系的性质

特点

无关性，在数学上是零次齐函数

分类

压强（力）、温度

压强（力）

温度

关系

广度性质相除就等于强度性质

过程和途径

过程

定义

名称

繁称

热力学过程

宏观热力学过程

过程是系统从一个状态到另一个状态的变化过程

分类

PVT变化过程、相变化过程、化学变化过程

PVT变化过程

相变化过程

化学变化过程

可逆过程和不可逆过程

可逆过程

概念

可逆过程是系统从状态1到状态2，如果存在使系统从状态2返回到状态1时，不引起环境有其它变化的过程就叫可逆过程

特点

条件允许时，系统和环境都能恢复到原来的状态而不引起其它的变化，不存在能量耗散

可逆过程和循环过程相同点和不同点

相同点

都是过程

条件允许的话，系统都能恢复到原来的状态

不同点

可逆过程不是循环过程，只是条件允许时，系统和环境都能恢复到原来的状态，而不引起其它的变化，循环过程不是可逆过程，循环过程只是系统恢复到原来的状态，而环境不能恢复到原来状态

可逆过程和准静态过程的相同点和不同点

相同点

都是过程

不同点

条件允许时，可逆过程的系统和环境都能恢复到原来的状态而不引起其它的变化，不存在能量耗散，准静态过程的系统和环境恢复到原来的状态时会引起其它的变化，存在能量耗散

可逆过程和自发过程的相同点和不同点

相同点

都是过程

不同点

可逆过程一定不是自发过程，因为自发过程一定是不可逆过程，但不可逆过程不一定是自发过程

不可逆过程

循环过程和非循环过程

循环过程

循环过程是系统从状态1到状态2后又从状态2返回到状态1时的过程

对象

系统

非循环过程

准静态过程和非准静态过程

准静态过程

定义

准静态过程是由无数次无限接近平衡状态的状态所构成的过程

非准静态过程

自发过程和非自发过程

自发过程

定义

自发过程是无需要外力的支持就可以自动发生的过程

非自发过程

途径

名称

繁称

热力学途径

宏观热力学途径

定义

途径是过程的具体步骤

热力学函数

名称

繁称

宏观热力学函数

定义

热力学函数是描述热力学系统性质和状态与过程和途径的函数

分类

状态函数

定义

状态函数是函数值只与系统本身的状态有关，与系统变化过程的途径无关的热力学函数

特点

状态函数的函数值只与系统本身的状态有关，与系统变化过程的途径无关

状态函数的变化量只与系统的始态和终态有关，与系统变化过程的途径无关

状态函数可用简单描述成“异途同归，值变相等，周而复始，数值还原”

状态函数在数学上具有全微分的性质，可按全微分关系处理

状态函数的绝对值不可测量，不可测定

分类

压强、体积、温度、内能、焓、熵、自由能

压强

体积

温度

内能

名称

别称

热力能

定义

内能是系统内部所有能量的总和

焓

定义

焓是系统内能和压强与体积相乘之和

定义式

物理意义

焓是人为定义的热力学状态函数，虽具有能量的单位，但不是能量，不遵守能量守恒和转化定律、没有实际的物理意义

熵

定义

熵是描述系统混乱程度的物理量

分类

量热熵、统计熵、残余熵、规定熵、光谱熵

特点

气体熵大于液体熵大于固体熵

分子结构越复杂熵越大

自由能

定义

自由能是系统经过一个过程后减少的内能可转化为对外做功的部分

物理意义

自由能是人为定义的热力状态函数，虽然具有能量的单位，但不是能量，不遵守能量守恒和转化定律、没有实际的物理意义

分类

亥姆霍兹自由能

吉布斯自由能

广度性质状态函数和强度性质状态函数

广度性质状态函数

分类

体积、内能、焓、熵、自由能

强度性质状态函数

分类

压强、温度

过程函数

热和功

热

定义

热是系统和环境由于温差而交换的能量

规定

系统吸热为正，放热为负

去向

PVT变化、相变化、化学变化

PVT变化

升温

对外做功

相变

克服分子间作用力

化学变化

断键

功

定义

功是除了热之外系统和环境交换的能量

规定

系统对环境做正功为负，做负功为正

分类

体积功和非体积功

体积功

名称

别称

膨胀功

无用功

非体积功

名称

别称

非膨胀功

有用功

形式

分类

光能、电能、磁能

特殊函数

热容

经典定义

（封闭系统不做非体积功只进行PVT变化没有相变化和化学变化的系统）热容是系统每升高单位热力学温度而吸收的热

分类

等压热容

等容热容

热力学定律和定理

热力学定律

名称

繁称

宏观热力学定律

分类

热力学第一定律

名称

别称

能量守恒定律

能量守恒和转化定律

内容

表述1

能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，在转化的过程中，能量的总值不变

表述2

自然界的一切物质具有能量，能量具有多种形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变

表述3

第一类永动机永远不会造成

第一类永动机

定义

第一类永动机是不需要消耗能量就可以源源不断地对外做功的机器

热力学第二定律

名称

别称

自发过程定律

内容

表述1

克劳修斯表述

不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它的变化

表述2

开尔文表述

不可能从单一热源取走热使其完全转化为功而不引起其它的变化

表述3

第二类永动机永远不可能造成

第二类永动机

定义

第二类永动机是能从单一热源吸取热使其完全转化为功而不引起其它变化的机器

表述4

熵增原理

孤立系统的熵永不减少，要么不变，要么增加

热力学第三定律

名称

别称

绝对零度定律

内容

表述1

能斯特表述

温度无限接近绝对零度的等温过程，熵值不变

表述2

路易斯和吉普苏表述

绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零

表述3

能斯特表述

不可能通过有限的方法使系统的温度降低到绝对零度

热力学第零定律

名称

别称

热平衡定律

内容

两个系统分别与第三系统到达热平衡时，那么这两个系统也到达相同的热平衡

热力学定理

名称

繁称

宏观热力学定理

分类

卡诺循环定理及其推论

卡诺定理

内容

所有工作于同温热源和同温冷源的热机，其热机效率不可能超过可逆热机，即可逆热机的效率最大

卡诺定理推论

内容

所有工作于同温热源和同温冷源的可逆热机，其热机效率相等

熵增原理

内容

孤立系统的熵永不减少，要么增大，要么不变

应用

孤立系统的熵增过程是不可逆过程

孤立系统的熵不变过程是可逆过程

孤立系统可分为系统和环境，系统和环境的熵变之和等于孤立系统熵变之和

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