熱力學基本定律?18世紀，卡諾等科學家發現在諸如機車、人體、太陽系和宇宙等系統中，從能量轉變成“功”的四大定律沒有這四大定律的知識，很多工程技術和發明就不會誕生，我來為大家科普一下關于熱力學基本定律?以下内容希望對你有幫助!

熱力學基本定律

18世紀，卡諾等科學家發現在諸如機車、人體、太陽系和宇宙等系統中，從能量轉變成“功”的四大定律。沒有這四大定律的知識，很多工程技術和發明就不會誕生。

熱力學的四大定律簡述如下：

熱力學第零定律——如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。

熱力學第一定律——能量守恒定律在熱學形式的表現。

熱力學第二定律——力學能可全部轉換成熱能， 但是熱能卻不能以有限次的實驗操作全部轉換成功 (熱機不可得)。

熱力學第三定律——絕對零度不可達到但可以無限趨近。

法國物理學家卡諾（Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796～1823）

生于巴黎。其父L.卡諾是法國有名的數學家、将軍和政治活動家，學術上很有造詣，對卡諾的影響很大。

卡諾身處蒸汽機迅速發展、廣泛應用的時代，他看到從國外進口的尤其是英國制造的蒸汽機，性能遠遠超過自己國家生産的，便決心從事熱機效率問題的研究。他獨辟蹊徑，從理論的高度上對熱機的工作原理進行研究，

以期得到普遍性的規律；1824年他發表了名著《談談火的動力和能發動這種動力的機器》

書中寫道：“為了以最普遍的形式來考慮熱産生運動的原理，就必須撇開任何的機構或任何特殊的工作介質來進行考慮，就必須不僅建立蒸汽機原理，而且建立所有假想的熱機的原理，不論在這種熱機裡用的是什麼工作介質，也不論以什麼方法來運轉它們。”

卡諾出色地運用了理想模型的研究方法，以他富于創造性的想象力，精心構思了理想化的熱機——後稱卡諾可逆熱機（卡諾熱機），提出了作為熱力學重要理論基礎的卡諾循環和卡諾定理，從理論上解決了提高熱機效率的根本途徑。

卡諾在這篇論文中指出了熱機工作過程中最本質的東西：熱機必須工作于兩個熱源之間，才能将高溫熱源的熱量不斷地轉化為有用的機械功；明确了“熱的動力與用來實現動力的介質無關，動力的量僅由最終影響熱素傳遞的物體之間的溫度來确定”，指明了循環工作熱機的效率有一極限值，而按可逆卡諾循環工作的熱機所産生的效率最高。實際上卡諾的理論已經深含了熱力學第二定律的基本思想，但由于受到熱質說的束縛，使他當時未能完全探究到問題的底蘊。

1832年8月24日卡諾因染霍亂症在巴黎逝世，年僅36歲。按照當明的防疫條例，霍亂病者的遺物一律付之一炬。卡諾生前所寫的大量手稿被燒毀，幸得他的弟弟将他的小部分手稿保留了下來，其中有一篇是僅有21頁紙的論文----《關于适合于表示水蒸汽的動力的公式的研究》，其餘内容是卡諾在1824-1826年間寫下的23篇論文。

後來，卡諾的學術地位随着熱功當量的發現，熱力學第一定律、能量守恒與轉化定律及熱力學第二定律相繼被揭示的過程慢慢形成了。

熱力學第一定律與能量守恒定律有着極其密切的關系。

德國物理學家、醫生邁爾（Julius Robert Mayer，1814～1878）

1840年2月到1841年2月作為船醫遠航到印度尼西亞。他從船員靜脈血的顔色的不同，發現體力和體熱來源于食物中所含的化學能，提出如果動物體能的輸入同支出是平衡的，所有這些形式的能在量上就必定守恒。他由此受到啟發，去探索熱和機械功的關系。他将自己的發現寫成《論力的量和質的測定》一文，但他的觀點缺少精确的實驗論證，論文沒能發表（直到1881年他逝世後才發表）。邁爾很快覺察到了這篇論文的缺陷，并且發奮進一步學習數學和物理學。1842年他發表了《論無機性質的力》的論文，表述了物理、化學過程中各種力（能）的轉化和守恒的思想。邁爾是曆史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量的人。但1842年發表的這篇科學傑作當時未受到重視。

以後英國傑出的物理學家焦耳（James Prescort Joule,1818～1889）

德國物理學家亥姆霍茲（Hermannvon Helmholtz,1821～1894）等人又各自獨立地發現了能量守恒定律。

1843年8月21日焦耳在英國科學協會數理組會議上宣讀了《論磁電的熱效應及熱的機械值》論文，強調了自然界的能是等量轉換、不會消滅的，哪裡消耗了機械能或電磁能，總在某些地

方能得到相當的熱。焦耳用了近40年的時間，不懈地鑽研和測定了熱功當量。他先後用不同的方法做了400多次實驗，得出結論：熱功當量是一個普适常量，與做功方式無關。他自己1878年與1849年的測驗結果相同。後來公認值是427千克重·米每千卡。這說明了焦耳不愧為真正的實驗大師。他的這一實驗常數，為能量守恒與轉換定律提供了無可置疑的證據。

1847年，亥姆霍茲發表《論力的守恒》，第一次系統地闡述了能量守恒原理，從理論上把力學中的能量守恒原理推廣到熱、光、電、磁、化學反應等過程，揭示其運動形式之間的統一性，它們不僅可以相互轉化，而且在量上還有一種确定的關系。能量守恒與轉化使物理學達到空前的綜合與統一。

将能量守恒定律應用到熱力學上，就是熱力學第一定律。

熱力學第二定律是在能量守恒定律建立之後，在探讨熱力學的宏觀過程中而得出的一個重要的結論。

1834年，卡諾去世兩年後，卡諾的《談談火的動力和能發動這種動力的機器》才有了第一個認真的讀者----克拉派隆（Benoit Paul Emile Clapeyron,1799-1864）。他比卡諾低幾個年級。他在學院出版的雜志上發表了題為《論熱的動力》的論文，用P－V曲線翻譯了卡諾循環，但未引起學術界的注意。

英國物理學家開爾文（Lord Kelvin，1824-1907）

在法國學習時，偶爾讀到克拉派隆的文章，才知道有卡諾的熱機理論。然而，他找遍了各圖書館和書店，都無法找到卡諾的1824年論著。實際上，他根據克拉派隆介紹卡諾理論寫的《建立在卡諾熱動力理論基礎上的絕對溫标》一文在1848年發表。1849年，開爾文終于弄到一本他盼望已久的卡諾著作。

1851年開爾文從熱功轉換的角度提出了熱力學第二定律的另一種說法，不可能從單一熱源取熱，使之完全變為有用功而不産生其他影響；或不可能用無生命的機器把物質的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機械功。

德國物理學家克勞修斯（Rudolph Julius Emmanuel Clausius,1822-1888）一直沒弄到卡諾原著，隻是通過克拉派隆和開爾文的論文熟悉了卡諾理論。1850年克勞修斯從熱量傳遞的方向性角度提出了熱力學第二定律的表述：熱量不可能自發地、不花任何代價地從低溫物體傳向高溫物體，他還首先提出了熵的概念。

英國物理學家克拉克.mksw（James Clerk Maxwell，1831～1879）是經典電磁理論的奠基人。但他興趣廣泛，才智過人，不但是建立各種模型來類比不同物理現象的能手，更是運用數學工具來分析物理問題的大師。他在熱力學領域中也做出了貢獻。1859年他用統計方法導出了處于熱平衡态中的氣體分子的“mksw速率分布律”。

1877年，奧地利物理學家玻爾茲曼（Ludwig Eduard Boltzmann，1844～1906）發現了宏觀的熵與體系的熱力學幾率的關系。他在使科學界接受熱力學理論、尤其是熱力學第二定律方面立下了汗馬功勞。

1906年，德國物理化學家能斯特（Walther Hermann Nernst,1864～1941）根據對低溫現象的研究，得出了熱力學第三定律，人們稱之為“能斯特熱定理”，有效地解決了計算平衡常數問題和許多工業生産難題，因此獲得了1920年諾貝爾化學獎。主要著作有：《新熱定律的理論與實驗基礎》等。

德國物理學家普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858～1947) 是量子物理學的開創者和奠基人，他早期的研究領域主要是熱力學，他的博士論文就是《論熱力學的第二定律》。他在能斯特研究的基礎上，利用統計理論指出：各種物質的完美晶體在絕對零度時熵為零。1911年普朗克也提出了對熱力學第三定律的表述，即“與任何等溫可逆過程相聯系的熵變，随着溫度的趨近于零而趨近于零”。　

通常是将熱力學第一定律及第二定律作為熱力學的基本定律，但有時增加能斯特定理當作第三定律，又有時将溫度存在定律當作第零定律。

熱力學第零定律用來作為進行體系測量的基本依據，其重要性在于它說明了溫度的定義和溫度的測量方法。表述如下：

1.可以通過使兩個體系相接觸，并觀察這兩個體系的性質是否發生變化而判斷這兩個體系是否已經達到平衡。

2.當外界條件不發生變化時，已經達成熱平衡狀态的體系，其内部的溫度是均勻分布的，并具有确定不變的溫度值。

3.一切互為平衡的體系具有相同的溫度，所以，一個體系的溫度可以通過另一個與之平衡的體系的溫度來表達；或者也可以通過第三個體系的溫度來表達。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!