大学物理热力学总结范文

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2调查结果

我们在化学系随机挑选了5位教师和20位大四学生进行了问卷调查，调查结果如下．表中数据均表示选某项的人数占总人数的比例，教师和学生分开统计．

2．1教师调查结果

（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）与您曾经所学的专业以及现在的教学、科研对大学物理的需要相比，您觉得大学物理的学时数／周应是多少？（3）您曾经所学的专业需要大学物理中哪些方面的知识？A．力学B．热力学C．气体动理论D．电磁学E．光学F．量子物理G．相对论（4）您现在所从事的教学、科研工作需要大学物理中哪些方面的知识？A．力学B．热力学C．气体动理论D．电磁学E．光学F．量子物理G．相对论（5）教师给出的大学物理的各项内容与化学类专业的紧密程度鉴定．

2．2学生调查结果

2．2．1应用化学（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）您觉得您学的大学物理课时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样？A．少了B．刚好C．多了D．不知道或其他（3）大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助？A．力学B．热力学C．电磁学D．光学E．近代物理F．其他2．2．2化学工程与工艺（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）您觉得您学的大学物理时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样？A．少了B．刚好C．多了D．不知道或其他（3）大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助？A．力学B．热力学C．电磁学D．光学E．近代物理F．其他

3总结

3．1定义大学物理

A：专业的前导课程，对大学物理的需求程度很高，专业课可能会直接用到大学物理的某些方法、概念和规律．大学物理B：为相关专业提供背景知识、思维方法．在专业学习中，可能会间接用到大学物理的某些方法、概念，比如使用仪器时，了解仪器的相关原理等．化学类专业属于大学物理A，可以选用有一定深度的教材．

篇2

摘 要：众所周知，热力学三大基本定律是热现象宏观理论的重要基础.因此，了解这些定律的深刻意义和建立过程，在热现象的研究当中是格外重要的.本文中主要介绍热力学三大基本定律的概述，以及在其建立过程中，做出卓越贡献的物理学家和他们的重要成就.

关键词 ：热学基本定律；概述；形成史

中图分类号：O414.1 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）01-0009-02

热力学是热学理论的一个方面.热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律.热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用.因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性.热力学三定律是热力学的基本理论.

1 热力学第一定律

1.1 热力学第一定律概述

能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一.自然界中的一切物质都具有能力，能量有各种不同的形式，这种不同形式的能量都可以转移（从一个物体传递到另一个物体），也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式)，但在转移和转换过程中，它们的总量保持不变.这一规律成为能量守恒与转换定律.能量守恒与转换定律应用在热力学中，或者说应用在伴有热效应的各种过程中，便是热力学第一定律.热力学第一定律是人类在实践中积累的经验总结，它的发现和建立，打破了人们企图制造一种可以不消耗能量而能连续做功的永动机.因此，热力学第一定律也可以表述为：第一类永动机是造不出来的[1].

其基本公式可以表述为公式（1），它表明向系统输入的热量Q，等于质量为m的流体流经系统前后焓H的增量、动能v的增量以及系统向外界输出的机械功W之和.

1.2 热力学第一定律形成史

1.2.1 罗伯特·迈尔

热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系.德国物理学家、医生迈尔发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒.他由此受到启发，去探索热和机械功的关系.1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想.迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人.

1.2.2 焦耳

英国科学家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)关于热功当量的测定，为最终确立热力学第一定律奠定了坚实的实验基础.1850年，焦耳在他的《论热功当量》的论文中，已经将热功当量值总结为：以水做实验为773石4磅/卡(424千克米/千卡)，以水银作实验为776.30磅/卡(425.77千克米/千卡)，后来又经过一系列极为精确的实验，焦耳又将J值确定为423.85千克米/千卡(4.153焦耳/卡)，这已和现代精确实验极为接近了.他和迈尔分别从不同的方面和不同的途径达到了对能量转化与守恒的证明.

1.2.3 亥姆霍兹

德国物理学家亥姆霍兹从多方面论证了能量转化与守恒定律，其中最主要的是从否定永动机的存在这一途径来完成的.1842年，他在关于《力的守恒》的论文中，就论述了他的能量转化与守恒的基本思想，论证了“活力”与“张力”之和是一个常数，称之为“力的守恒原理”，并把这种“力”的保守性同永动机之不可能联系起来.他的这一工作从理论上对能量守恒原理作出了重要概括.

2 热力学第二定律

2.1 热力学第二定律概述

热力学第二定律有两种表述，第一种是“不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化”，另一种为“不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化，”即第二类永动机是造不出来的[2].

其基本公式可以表述为公式（2），式中，对不可逆过程应取用不等号，δQ指系统实际过程热，T指环境温度，对可逆过程应取用等号，δQ指可逆过程热，T为系统温度.

2.2 热力学第二定律形成史

十八、十九世纪，由于科学技术迅猛发展，蒸气机在英国煤矿业得到了普遍的使用，这同时给物理学家提出了许多急待解决的理论问题，比如：热现象的产生原理、提高热机效率的方法、热机效率上限的存在与否、永动机的存在与否等等.

正式提出热力学第二定律的是英国物理学家汤姆逊·开尔文(WilliamThomson，1524-1907)和德国物理学家克劳修斯在研究热现象的过程中，发现按能量守恒与转化定律，于是开尔文提出了“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不产生其它影响”.

而克劳修斯在提出热力学第二定律的表述后，于1854年发表了题为“论热的机械理论的第二定律的变化了的形式”论文，文中对热力学第二定律又作了补充.至此，经过众多物理学家的努力，热力学第二定律才完整地建立起来.

3 热力学第三定律

3.1 热力学第三定律概述

20世纪初，人们通过对低温下热力学现象的研究，确定了物质熵值的零点，逐步建立起了热力学第三定律，进而提出了规定“熵”的概念，为解决一系列的热力学问题提供了极大的方便.热力学第三定律可以准确简洁地表述为：0K时，任何完美晶体的熵值为0.也可以表达为，绝对零度不能达到[3].

其公式可以按照公式（3）来表示，说明ΔG和ΔH随着T变化，而当T趋向于0时，ΔG和ΔH近似相等.

3.2 热力学第三定律形成史

3.2.1 T·W·Richards

1902年，T·W·Richards研究了低温下电池反应的G、H与温度的关系，得出这样一个结论：当温度降低时，G、H逐渐趋于相等.Richards的研究为热力学第三定律的提出提供了必要的理论和实验基础.

3.2.2 普朗克

1912年，德国人普朗克在能斯特的热定理基础上，进一步假设：0K时，纯凝聚体系的熵值为零[4].

3.2.3 路易斯和兰德尔

1920年，Lewis和Gibson发现指出普朗克的假设S(0k)=0只适用于完美晶体.因为0K时一些物质可能有多种晶体形态，但其中只有完美晶体熵可能为零.普朗克、路易斯和兰德尔对普朗克假设作了修正，得出如下说法：如果温度为0k的每一种元素处于结晶状态的熵值都为零，则一切物质的熵值都具有一定的正值，但温度为0k时其熵值可变为零，对于完美晶体来说确实如此.

至此，人们就建立起了比较完整、准确的热力学第三定律.

4 结语

热力学三个定律是无数经验的总结，至今尚未发现热力学理论与事实不符合的情形，因此它们具有高度的可靠性.热力学理论对一切物质系统都适用，具有普遍性的优点.这些理论是根据宏观现象得出的，因此称为宏观理论，也叫唯象理论.

热力学是热学理论的一个方面.热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律.热力学基本定律是人类在长期生产经验和科学实验的基础上总结出来的，他们虽不能用其他理论方法加以证明，但由它们出发得出的热力学关系及结论都与事实或经验相符，这有力地说明了热力学定律的正确性.纵观热力学定律的发展史，科学是一个集观察、思考、实验、总结、学习、于一体的事物，只有以谨慎的态度对待它，才会迎来科学事业的飞跃.

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参考文献：

〔1〕魏蔚,吴建琴,马晓栋.关于热力学第一定律的讲述[J].新疆师范大学学报(自然科学版),2011（04）:59-62.

〔2〕李复,高炳坤.热力学第二定律理论体系的讨论[J].大学物理,2000（04）:19-22.

篇3

中图分类号：O41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）010（b）-0254-02

应用正则系统理论推导实际气体的物态方程已经在某些教材中提及[1]，但是不够详细和具体。该文是对正则系综理论在实际气体中的应用做了详细的推导，以便于我们对这方面知识有更深入的理解，同时对我们在热力学统计物理和其他物理学科的学习也有着很大的帮助。

1 实际气体物态方程近似表达式的推导

正则系综是系综理论的基本内容，是指具有确定值的系统，也可设想为与大热源接触而达到平衡的系统[2]。下面将利用正则系综理论推导实际气体的物态方程[3]。实际气体的模型：（1）在低密度下可把气体看成理想气体，随着气体密度的增加，实际气体与理想气体性质的差异将变的显著。（2）低密度下可以忽略分子间的相互租用，高密度下则应计及分子间的相互作用，这是实际气体和理想气体的区别所在[4]。

气体能量[1]： （1）

第一项是实际气体的动能；第二项是分子间相互作用的势能：

（2）

气体稀薄，略去了3个以上的相互势能，，只有，主要看这一部分带来的影响。

配分函数与位形积分问题，实际气体经典配分函数：

…

… （3）

其中…（位形积分） （4）

引入函数[1]，整理得：

（5）

所以…

…

（6）

引入质心坐标和相对坐标，对质心r的积分得到体积

（7）

（8）

令 （9）

（10）

- （11）

因为第二位力系数，是个小的修正量，所以

（12）

其中 （13）

]

当n=1时 （14）

恰好是昂尼斯方程

…]的前两项，即（14）式就是实际气体物态方程的近似表式。第二位力系数的确切表达式：

（15）

进一步假设形式[1]，两分子互相作用势，2个参量。

当时，以第一项为主

≥r0 （16）

当时，以第二项为主。

因为，，所以

（17）

其中：，，

a，b与系统的特征有关，把

代入 （18）

因为a ，b是小的修正量，所以即

（19）

式（19）就是实际气体最常见的物态方程之一，范德瓦耳斯方程。

2 结语

该文应用正则系综理论推导了实际气体的物态方程。通过对这方面知识详细的推导，可以弥补教材的不足，更便于初学者深入理解。

参考文献

[1] 汪志诚.热力学统计部分[M].北京：高等教育出版社，2012.

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1.1 “时间悖论”产生的思想火花

在1940年至1955年这段时间里,密希里·贝索(Michele Besso)与爱因斯坦(Einstein)之间不断地进行着书信的来往。借以来讨论时间及其不可逆性等问题。而爱因斯坦给以的回答是“不可逆性是一种幻觉,是一种主观印象,它来自某种意外的初始条件。”[2]但是,贝索没有停止他探寻真理的脚步,直到80岁,他试图用一种方法调和广义相对论和时间的不可逆性直至他逝世离开。而爱因斯坦另一段文字:“过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉,然而,这种区别依然持续着。”[2]很多看过这样话的人,都无法从中发现什么,唯有他,普利高津以一个科学家的视角对这些文字认真参悟着,通过翻阅大量爱因斯坦与贝索之间的信件的方式,并深入体味爱因斯坦的这段话,产生了这样的疑问:一种幻觉又怎么能说“这种区别依然持续着”呢？

1.2 动力学与热力学之间的“时间悖论”

“时间悖论”无法得到的进一步解释令普利高津渐渐开始痴迷地进行着这一命题的研究,因为他知道这些都是有前人可靠知识理论作为基础的。首先,时间作为一种外部参量是没有方向的,时间仅仅是描述物理过程的时空行为的第四坐标。在动力学中,是无法区分过去和将来的。因此,传统力学上的物理图像是可逆并且对称的[7]。但是热力学第二定律指出力学能可全部转换成热能[9],但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功(热机不可得)即一个孤立系统,无论其初始条件和历史如何,它的一个状态函数熵会随着时间的推移单调的增加,直至达到热力学平衡态时趋于极大,从而指明了不可逆过程的方向性[4]。由此,是否存在一个理论可以同时实现两者的完美解释？就成为了普利高津丞待解决的问题。

1.3 热力学第二定律与生物进化论之间的矛盾

生物进化论阐明了一个低级到高级,简单到复杂,无序到有序的演化方向。而热力学第二定律则说明了一个有序到杂乱的过程,两者之间有着极大的矛盾。当牛顿“把分割天体和地球之间的壁垒推倒,并且把两者结合起来,统一成为一个整体的宇宙”的时候,我们的世界被分成了两部分,即一个物理的世界、量的世界;一个生物的世界、质的世界。普利高津试图将这两种文化,两个世界完美地联系在一起,并为之不懈奋斗二十年,终于在1969年的“理论物理与生物学”国际会议上提出这一新的理论来进行完美解释。

纵观耗散结构理论的建立,回想伟大的先哲列宁曾说过,“自然科学的成果是概念。任何物理理论的建立,人体那是从总结现象入手,进而建立物理概念,提出物理模型,寻找它们的运动规律,并不断回到实践中去,进一步丰富和发展已经提出的理论。其中新的物理概念的提出具有决定性的意义。”耗散结构理论的建立也大体经历了同样的历程。正是普利高津存疑并迁移到物理学史上,不断地进行审视,思考,并发现“时间悖论”的不可调和,最终建立了与经典力学,量子力学,相对论三座丰碑相媲美的物理学第四大擎天柱。

2耗散结构理论的建立对当代大学生的启示

2.1 存疑质理勇于突破

知识就像大海般广而深,每每遇到一个问题,我们要用进行思考,研究,正如前人的“宁信书不如无书”。普利高津始终坚持留存着“时间悖论”的疑惑,这是他研究的开始,并最终获得意想不到的启发,我们当代大学生在学习中也要学会提出问题,从辩证唯物主义的角度去思考,切勿让自己的疑惑停留在懵懂阶段,要大胆质疑,勇敢地去探究,才能深入体会各个理论的精妙之处。

2.2 永不言弃勇于探索

任何一个问题的提出都需要反复进行思考,研究,只有朝着自己坚持的方向努力前进会有成功的可能。当我们回首普利高津建立耗散理论全过程的时候,倘若,每遇到一个矛盾就放弃,那么,他所要放弃的不是一个科学研究,而是他的青春,他那如黄金般宝贵的二十年。很多人在许多个矛盾面前的时候,也许会被吓到,还能够像普利高津一样不断地思索探求吗？答案也许是否定的。倘若,当代大学生以这样的一种持之以恒的态度去学习那么我们将收获的是无尽的知识。面对难以简单分析的数据的时候,首先要相信只要自己坚持计算下去总会有结果的。不论结果如何,当我们努力在复杂的数据里进行多个运算的时候,总会收获一些知识。普利高津也正是抱着这样一种探求知识的态度才得以成功构建出耗散理论。而当下大学生一旦拥有这样的品质才能攻克一个个难关,收获属于自己的成功。

2.3 细微之处寻求真知

严谨是一种态度,一种对事一丝不苟的态度。而作为耗散理论的建立者普利高津同样有着这样一种可贵的科学作风。诚然,爱因斯坦与贝索的通信是简单的学术探讨,谁能想象这些书信给这个比利时科学家打开了一扇怎样的大门？去探求自然界的发展方向,普利高津在巨大的矛盾促使下,开始了属于他一生的工作。确立了一个自组织体系来装载两个分立的世界。在这个躁动的时代,当代大学生缺少了一份属于科学求知特有的淡定气度。而有了这样一个严谨的学习态度才能在繁杂的社会生活里寻得属于自己的幸福。踏实地翻阅书籍,深深地汲取知识,牢牢地构建一个强有力的知识体系。试想,普利高津曾经也是这样踏实地进行实验,小心地求证,在求索的道路上不断向前成长着。

2.4 推陈出新引领创新

当一个个矛盾出现的时候,普利高津以其独特的视角,站在物理学、生物学上进行审视,思考,研究同时不懈求索,勇于创新,从平衡态转移到衡态,当最小熵产生原理在衡线性区的成功又进一步促使普利高津试图将它用到远离平衡的非线性区去,经过多年的努力,始终没能成功。但是正是挫折,让他认识到在远离平衡的系统的热力学性质可能与平衡态、衡态的热力学性质有重大原则差别。他们在这种新的思想指导下重新进行探索,终于建立起了—种新的学说—— 耗散结构理论,最终他成功了。不是所有人的探索都是成功的,但是他们的精神是值得我们学习继承的。当代大学生需要创新地学习,我们学会用新的方式去认识世界。就像我们不再用手中的笔去演算数据而是利用excel来进行数据处理,既节省了时间也避免了人工计算的误差,符合当代社会对大学生的要求,不是简单的一处便利,而是优秀的创新迁移品质的体现。当代大学生引领了潮流,而创新则可为这股潮流注入活力,卷起滔天巨浪,为我们走向社会奠定基石。

3创新有利于当代大学生走向社会

3.1 创新使社会服务更显优质高效

当代大学生进入社会之后,需要提供各种各样优质高效的服务,而原有固定的方式去提供服务当然可以产生一定的经济效益,但是就目前激烈的竞争环境而言,需要我们要有更加全新的模式来提供服务,以求获得更高的经济效益。便捷快餐的应运而生是一种创新,正是这样的创新带来了全球性的可观收益。当代大学生应当敢于创新,用创新的思维方式去需求更加优质高效的服务。

3.2 创新使社会发展愈发迅猛有力

社会的发展需要创新来提供动力。科学创新能够在技术上为社会发展提供保障,若没有在水稻品种上的创新,怎么能有充足的粮仓以确保人民温饱？创新并不仅仅是科学技术上的创新,生活中细微之处的改变,尝试用全新的观念去看人待物也是一种创新,由此当代大学生应当懂得创新有利于我们更快融入社会,并且为社会发展贡献自己的力量。

市场经济的就业环境下,当下大学生需要有一个全新的理念去应对,因而需要创造性的思维方式,通过各种不同的方式实现就业从而走向社会。不但如此,企事业单位也需要一批勇于突破,善于思考,敢于创新的大学毕业生带来新的思想。诚如是,科学的发展需要我们开动思维的马达,用创新的泉流去浇灌一个个前人无法解释的干瘪之花,才能绽放新的艳丽。在探求真理的道路上,需要有新的理论来支持无法解释参透的现象,新理论构建起的是一个百家争鸣,百花齐放的科学世界。因为创新,普利高津构建了耗散结构理论;因为创新,乔布斯让“苹果”起死回生;还是因为创新,才有了知识的一次次爆炸。

4结语

普利高津带给我们的不仅仅是一个让世界震惊的理论,同时展现了一个科学家之于世界的社会价值。对于当代大学生,需要有科学求知的素养,离开学校,走上社会的时候依然要坚定自己的方向,试图通过自己的努力,以及敢于质疑,思考,探究的决心为社会留下属于的光辉灿烂的一笔。对于社会和国家,这样的科学精神会不断地促进知识文化的发展。当代的中国社会需要一批普利高津式的科学家,不断地创新,不管社会的大气候如何,不管面对怎样的人生,敢于执着地向着自己认定的方向努力,从而成就梦想。创新是一个民族的灵魂,一个国家发展的不竭动力。

参考文献

[1] 毛全宁,葛宇宏.大学物理实验[J].吉林省吉林市:吉林化工学院.

[2] 沈跃春.逻辑悖论随笔耗散结构理论是如何创立的？—— 谈“时间悖论”[N].中国青年报,2002-12-8.

[3] 伊利亚·普里戈金.未来是定数吗？[M]上海:上海科技教育出版社,2005.

[4] 任苓华.论熵方程在热力学第二定律中的作用和地位[J].南京航空航天大学学报,1991(1).

[5] 程倩春.达尔文进化论对近现代哲学的影响[J].云南大学学报(社会科学版),2008(3).

[6] 列宁.哲学笔记[M].大陆:人民出版社,1974:290.