热力学第零定律的教学思考

有些教材对热力学第零定律这一重要内容的处理不科学,不严谨,也不完整。针对这一问题,经研究分析提出了对第零定律的合适表述,以及相应的实验设计和实验证明。     

热力学定律及其内涵分析

热力学四大定律是热现象宏观理论的重要基础。笔者运用分子动理论和统计物理学知识,通过对热力学第零定律及第一、二、三定律宏观和微观两方面的表述,进一步揭示了热力学四大定律的本质内涵,从而对热力学定律有一个更深刻、更全面的了解和认识。     

温度、内能和熵是体系的某种性质

热力学第一、第二定律继热力学第零定律后,引进了“内能”及“熵”这两个物理量。从原则上讲人们至此仅借用“温度”、“内能”和“熵”这三个物理量就应该能解决所有热力学问题。因此,深刻地领会“温度”、“内能”和“熵”这些物理量是热力学这门课程教与学的关键所在。几乎所有的关于热力学和化学热力学的教材中,全有专门章节介绍“温度”、“内能”     

热力学定律和牛顿运动定律的结合——德国卡尔斯鲁厄物理课程的启示

德国卡尔斯鲁厄物理课程有其显明的物理课程结构:电荷量、动量、熵和物质的量等物理量像空气和水这种实物一样,能在相应的势差作用下自发地流动,形成电流、动量流、熵流和物质的量流,并可以伴随着能量的流动,直到势差为零为止。这其实是热力学第二定律在物理学各分支学科中的体现。它规定了实物型物理量自发流动的方向性。在解决力学问题中,我们经常在不自觉地结合牛顿运动定律和热力学定律,但没有明确提及它。     

热力学中温度的定义

从热运动这一基本事实出发,引入了描述热运动的物理量σ,从宏观的角度重新定义了温度的概念,并给出了热力学第零定律的数学表述：温度是热力学系统单位热运动量的能量,它与现有理论并无矛盾,并具有清晰的物理意义.     

热力学系统特性关系式的导出

热力学是唯象的宏观理论,它将宏观物质的热现象的实验事实总结成热力学第零定律、第一定律、第二定律和第三定律。在表述这几条定律的同时,引入了温度T、内能U和熵S这三个基本热力学函数,用以描述宏观系统的平衡态,构成一个具有普适性的完整理论体系。为了描述不同条件下系统的热力学特性,又引入一些辅助的热力学函数,即特性函数,如自由能F、焓H、吉布斯函数G等,应用这些函数,经过数学演绎,能导出系统在不同条件下平衡态的各种特性及其相互联系。     

热力学第二定律的涵义

热力学第二定律是判定与热现象有关的物理过程进行方向的定律,是热学中的一个重要知识点.学习过程中,要对该定律建立正确的认识.1.定律的两种表述热力学第二定律最常见的表述形式有两种,分别为克劳修斯表述和开尔文表述.克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体自发地传到高温物体,而不引起其他变化.开尔文表述:不可能从单一热源吸热,使之完全变成有用的功,而不引起其他变化.     

能斯特定理统计解释

能斯特定理是热力学第三定律的表述之一。它是独立于热力学第一定律和热力学第二定律的另一个基本定律．对能斯特定理的统计解释是统计物理中值得探讨的问题。本义将通过正则分布的量子表达式和摘的统计表达式导出凝聚系在绝对零度下搞的表式S_0＝KlnΩ_0，对能斯特定理进行统计解释。能斯特定理1906年能斯特（Nernst）根据低温下大量化学反应的实验事实总结出一个定理：凝聚系的滴在等温过程中的改变随绝对温度趋于零而趋于零。即我们称它为能斯特定理。该定理提出后，经过西蒙（Simon）和其他人的实验和理论研究指出，能斯特定理（1）式…     

热力学第二定律的等价性证明

现行高中物理教科书《物理》第二册(必修加选修)关于热力学第二定律给出了两种表述(人民教育出版社2003年6月第1版P86)：     

从准静态、可逆过程到热力学第二定律

热力学第二定律曾是一个困扰笔者多年的物理规律．虽然现行教材对此定律详加阐释，本人也认真地讲过多次，但对热力学第二定律深刻内涵，还是将信将疑，心中无底．最近，笔者仔细研究了准静态和可逆过程这两个基本的热学概念，发现它们和热力学第二定律有内在的本质联系．这就使得笔者对热力学第二定律的认识发生了质的飞跃．本文正是对学习过程的总结，希望对读者有些许启迪，不当之处还请读者赐教．     

再论卡诺循环的效率

卡诺循环的效率不能从热力学第一定律和热力学第二定律的推论导出,其效率公式更接近热力学第二定律而独立于热力学第一定律。     

热力学第二定律的统计意义

势力学第二定律具有极广泛和深远的意义。本文从几率概含入手讨论热力学第二定律的微观本质。     

热力学第一定律的教学探讨

热力学第一定律是热学、工程热力学、大学化学等课程中非常重要的内容,针对学生对热力学第一定律掌握困难的问题,本文提出了一种有效确定该定律中物理量正负号及其数值正负号的方法,并对该方法的运用进行了详细阐述。通过课堂教学实践,学生对该定律的掌握和理解得到了很大提升,起到了很好的教学效果。     

关于热力学第二定律及熵概念的教学探讨

结合教学的实践试谈了在热力学第二定律及熵概念的教学中,应基于传统的理论体系之上;应强化和深化熵概念的教学;并将特殊条件下热力学第二定律的表述纳入教学内容.     

Sadi Carnot and the second law of thermodynamics

The second law of thermodynamics is one of the enigmatic laws of physics. Sadi Carnot, a French engineer played an important role in its discovery in the 19th century. We recount here how he proposed the basic postulates of this law although he did not fully understand the first law of thermodynamics.     

试谈Gibbs相律的适用条件

Gibbs相律(F=K-Φ+2)的适用条件是什么呢?一般的物理化学教科书只强调:Gibbs相律适用于只受外界温度和压力影响的平衡热力学系统。笔者认为Gibbs相律适用于只受外界温度和压力影响的相间无任何限制的平衡热力学系统。     

关于理想气体准静态过程微分方程的探讨

由热力学第一定律及理想气体的性质导出理想气体准静态过程微分方程,揭示了理想气体准静态过程各种具体形式的共同特征和内在的规律     

浅议化学亲和势

从热力学第二定律的数学表达式——克劳修斯不等式出发,引出了一个表征化学变化方向的统一概念——化学亲和势(A_f)并对其本质及与各热力学判据的关系进行讨论。     

黑洞热力学第三定律与宇宙监督假设

对黑洞视界的研究结果表明 :黑洞热力学第三定律可禁止裸奇性的出现 ;反之 ,裸奇性的出现必破坏黑洞热力学第三定律。由此推断宇宙监督假设就是黑洞热力学第三定律。     

PN结特性的数学表达及其推导

应用热力学统计中玻尔兹曼分布律对PN结两个特性关系式进行推导,加深初学者对PN结原理的理解.