热力学定律 Laws of thermodynamics - 版本历史

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第一定律 First law

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第一定律 First law

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第一定律 First law

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第三定律 Third law

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第二定律 Second law

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−	'''<font color="#ff8000"> ~~热力学定律~~ laws of ~~thermodynamics~~</font>'''定义了许多物理量，如'''<font color="#ff8000"> 温度 temperature</font>'''、'''<font color="#ff8000"> 能量 energy</font>'''和'''<font color="#ff8000">熵 entropy</font>'''，这些物理量表征处于热力学平衡的热力学系统。这些定律描述了这些物理量之间的关系，并构成了排除某些现象的可能性的基础，例如永动机。除了在热力学中的应用之外，它们也是基础物理学中的重要基本定律，也适用于其他自然科学。	+	'''<font color="#ff8000"> 热力学定律（ laws of thermodynamics）</font>'''定义了许多物理量，如'''<font color="#ff8000"> 温度 temperature</font>'''、'''<font color="#ff8000"> 能量 energy</font>'''和'''<font color="#ff8000">熵 entropy</font>'''，这些物理量表征处于热力学平衡的热力学系统。这些定律描述了这些物理量之间的关系，并构成了排除某些现象的可能性的基础，例如永动机。除了在热力学中的应用之外，它们也是基础物理学中的重要基本定律，也适用于其他自然科学。

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 * Goldstein, Martin & Inge F. (1993). ''The Refrigerator and the Universe''. Harvard Univ. Press.
-==External links==
+==其他链接==
 * [http://www.bbc.co.uk/programmes/b06c06nd In Our Time: Perpetual Motion], BBC discussion about the Laws, with Ruth Gregory, Frank Close and Steven Bramwell, hosted by Melvyn Bragg, first broadcast 24 September 2015.

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−	如果系统具有确定的温度，则其总能量具有三个可区分的成分，分别称为动能（由与系统整体运动产生的能量），势能（由外部施加的立场产生的能量，比如重力）和内能（热热力学的基本量）。内能概念的确立将热力学第一定律与一般的能量守恒定律区分开来。	+	:如果系统具有确定的温度，则其总能量具有三个可区分的成分，分别称为动能（由与系统整体运动产生的能量），势能（由外部施加的立场产生的能量，比如重力）和内能（热热力学的基本量）。内能概念的确立将热力学第一定律与一般的能量守恒定律区分开来。

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 第一定律包括以下几个原则：
 * 能量守恒定律
 :能量既不能被创造也不能被消灭。但是，能量可以改变形式，能量可以从一个地方流动到另一个地方。能量守恒定律的一个特殊结果是，孤立系统的总能量不变。
 * 内能的概念及其与温度关系。
 如果系统具有确定的温度，则其总能量具有三个可区分的成分，分别称为动能（由与系统整体运动产生的能量），势能（由外部施加的立场产生的能量，比如重力）和内能（热热力学的基本量）。内能概念的确立将热力学第一定律与一般的能量守恒定律区分开来。
 ::<math>E_{\rm total} = \mathrm{KE}_{\rm system} + \mathrm{PE}_{\rm system} + U_{\rm system}</math>
 :物质的内能可以解释为其组成原子的不规则微观运动的不同动能和它们之间相互作用的势能的总和。这些微观能量统称为物质的内能，并由宏观热力学性质来解释。组成原子的微观运动的总和随着系统温度的升高而增加；这假设在系统的微观层次上没有其他的相互作用，例如化学反应、组成原子相互间的势能。
 * 做功是一种以某种方式向系统传递能量或从系统传递能量的过程，其方式可以用作用在系统外部及其周围环境之间的宏观机械力来描述。'''<font color="#32CD32">例如，外部驱动的轴在系统内搅动，或外部施加的电场使系统材料极化，或活塞压缩系统。Examples are an externally driven shaft agitating a stirrer within the system, or an externally imposed electric field that polarizes the material of the system, or a piston that compresses the system.</font>'''除非另有说明，习惯上把做功看作是在不影响周围环境的情况下发生的。实际上，在一切自然过程中，有些功是因内摩擦或粘黏而消失的。系统所做的功，可以来自于它的总动能，总势能或者它的内能。

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 * 能量守恒定律
-能量既不能被创造也不能被消灭。但是，能量可以改变形式，能量可以从一个地方流动到另一个地方。能量守恒定律的一个特殊结果是，孤立系统的总能量不变。
+:能量既不能被创造也不能被消灭。但是，能量可以改变形式，能量可以从一个地方流动到另一个地方。能量守恒定律的一个特殊结果是，孤立系统的总能量不变。
 * 内能的概念及其与温度关系。
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 ::<math>E_{\rm total} = \mathrm{KE}_{\rm system} + \mathrm{PE}_{\rm system} + U_{\rm system}</math>
-物质的内能可以解释为其组成原子的不规则微观运动的不同动能和它们之间相互作用的势能的总和。这些微观能量统称为物质的内能，并由宏观热力学性质来解释。组成原子的微观运动的总和随着系统温度的升高而增加；这假设在系统的微观层次上没有其他的相互作用，例如化学反应、组成原子相互间的势能。
+:物质的内能可以解释为其组成原子的不规则微观运动的不同动能和它们之间相互作用的势能的总和。这些微观能量统称为物质的内能，并由宏观热力学性质来解释。组成原子的微观运动的总和随着系统温度的升高而增加；这假设在系统的微观层次上没有其他的相互作用，例如化学反应、组成原子相互间的势能。
 * 做功是一种以某种方式向系统传递能量或从系统传递能量的过程，其方式可以用作用在系统外部及其周围环境之间的宏观机械力来描述。'''<font color="#32CD32">例如，外部驱动的轴在系统内搅动，或外部施加的电场使系统材料极化，或活塞压缩系统。Examples are an externally driven shaft agitating a stirrer within the system, or an externally imposed electric field that polarizes the material of the system, or a piston that compresses the system.</font>'''除非另有说明，习惯上把做功看作是在不影响周围环境的情况下发生的。实际上，在一切自然过程中，有些功是因内摩擦或粘黏而消失的。系统所做的功，可以来自于它的总动能，总势能或者它的内能。
 例如，当一台机器（不是系统的一部分）将系统向上提升时，一些能量就会从机器转移到系统。系统的能量随着系统所做功的增加而增加，在这种特殊的情况下，系统的能量增加表现为系统的重力势能的增加。机器将系统向上提升时对系统做的功增加了系统的势能：
 ::<math>W = \Delta \mathrm{PE}_{\rm system}</math>
 或者一般来说，以功的形式加入系统的能量可以分为动能、势能或内能：
 :::<math>W = \Delta \mathrm{KE}_{\rm system}+\Delta \mathrm{PE}_{\rm system}+\Delta U_{\rm system}</math>
 * 当物质转移到一个系统中时，物质相关的内能和势能也随之转移。
 ::<math>\left( u \,\Delta M \right)_{\rm in} = \Delta U_{\rm system}</math>
 其中{{math|''u''}}表示在周围环境中测量的转移物质的单位质量的内能； {{math|Δ''M''}}表示被转移物质的数量。
 * 热的流动是能量传递的一种形式。
-如果系统具有不渗透物质的刚性壁，那么能量不能通过做功传入或传出系统，而且没有外部的远程力场影响系统以改变其内能，那么内能只能通过以热的形式进行传递来改变:
+:加热是一个将能量转移到系统中或从系统中转移出的自然过程，而不是通过做功或物质的转移。热量只能从较热的系统直接传递到较冷的系统。
 ::<math>\Delta U_{\rm system}=Q</math>
 ::''不可能制造一台在没有等量能量输入的情况下不断做功的机器。或者更简单地说，第一类永动机是不可能造成的。''

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 传统上，'''<font color="#ff8000"> 热力学 Thermodynamics</font>'''描述了三个基本定律：
 （简单的按顺序命名为）第一定律、第二定律和第三定律。此外，在前三个定律确立之后，人们认识到可以提出另一个相对于这三个定律更为基本的定律，即第零定律。
 '''<font color="#ff8000"> 热力学第零定律 zeroth law of thermodynamics</font>'''定义了'''<font color="#ff8000"> 热平衡 thermal equilibrium</font>'''，并为温度定义奠定了基础：如果两个系统各与第三个系统处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。
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 ==历史 History==
-大约在1797年，拉姆福德 Count Rumford （出生于本杰明·汤普森 Benjamin Thompson)表明，无休止的机械作用可以从固定数量的工作物质中产生无限量的热量，从而挑战了热量理论。该理论认为在固定数量的工作物质中会有有限的热量 / 能量。1824年，萨迪·卡诺 Sadi Carnot建立了第一个热力学原理，也就是后来的热力学第二定律。到1860年，正如鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius和威廉·汤姆森 William Thomson等人的著作所正式规定的那样，已经确立的两个热力学原理得到了发展，第一个原理和第二个原理，后来被重新定义为热力学定律。例如，1873年，热力学学家乔赛亚·威拉德·吉布斯 Josiah Willard Gibbs在他的回忆录《流体热力学的图解法》中明确阐述了热力学的前两个绝对定律。整个20世纪的一些教科书对这些定律进行了不同的编号。在一些与化学无关的领域，第二定律被认为仅仅处理热机的效率问题，而所谓的第三定律则处理熵增问题。'''<font color="#32CD32">直接定义熵计算的零点不被认为是一条定律。Directly defining zero points for entropy calculations was not considered to be a law.</font>'''这种分离逐渐形成了第二定律，现代第三定律被广泛采用。
+大约在1797年，拉姆福德 Count Rumford （出生于本杰明·汤普森 Benjamin Thompson)表明，无休止的机械作用可以从固定数量的工作物质中产生无限量的热量，从而挑战了热量理论。该理论认为在固定数量的工作物质中会有有限的热量 / 能量。1824年，萨迪·卡诺 Sadi Carnot建立了第一个热力学原理，也就是后来的热力学第二定律。到1860年，正如鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius和威廉·汤姆森 William Thomson等人的著作所正式规定的那样，已经确立的两个热力学原理得到了发展，第一个原理和第二个原理，后来被重新定义为热力学定律。例如，1873年，热力学学家乔赛亚·威拉德·吉布斯 Josiah Willard Gibbs在他的回忆录《流体热力学的图解法 Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids》中明确阐述了热力学的前两个绝对定律。整个20世纪的一些教科书对这些定律进行了不同的编号。在一些与化学无关的领域，第二定律被认为仅仅处理热机的效率问题，而所谓的第三定律则处理熵增问题。'''<font color="#32CD32">直接定义熵计算的零点不被认为是一条定律。Directly defining zero points for entropy calculations was not considered to be a law.</font>'''这种分离逐渐形成了第二定律，现代第三定律被广泛采用。
 == 参见 ==

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-第三定律的一个更普遍的形式，适用于像玻璃这样的系统，'''<font color="#32CD32">可能有一个以上的微观上截然不同的能量状态，或可能有一个微观上截然不同的“冻结状态”，虽然不是一个严格意义上的的最低能量状态，也不是严格意义上的热力学平衡，</font>'''在绝对零度的温度下：
+第三定律的一个更普遍的形式，适用于像玻璃这样的系统，'''<font color="#32CD32">可能有一个以上的微观上截然不同的能量状态，或可能有一个微观上截然不同的“冻结状态”，虽然不是一个严格意义上的的最低能量状态，也不是严格意义上的热力学平衡，may have more than one minimum microscopically distinct energy state, or may have a microscopically distinct state that is "frozen in" though not a strictly minimum energy state and not strictly speaking a state of thermodynamic equilibrium,</font>'''在绝对零度的温度下：
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 这个常数（不一定是零）被称为'''系统的余熵'''。
 ==历史 History==

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-第二定律也告诉我们除了热传递之外的不可逆性，例如摩擦力和粘度，以及化学反应。'''<font color="#32CD32">该定律应给熵的概念提供更广泛的范围。</font>'''
+第二定律也告诉我们除了热传递之外的不可逆性，例如摩擦力和粘度，以及化学反应。'''<font color="#32CD32">该定律应给熵的概念提供更广泛的范围。The notion of entropy is needed to provide that wider scope of the law.</font>'''
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-当只知道宏观状态时，熵也可以被看作是对系统运动和构型的微观细节有关的物理度量。这种细节通常在微观或分子尺度上被称为无序。该定律声称，对于一个系统的两个给定的宏观指定状态，它们之间存在一个被称为熵差的量。'''<font color="#32CD32">这种熵的差异定义了需要多少额外的微观物理信息来指定一个宏观指定状态，给定另一个宏观指定状态-通常是一个方便选择的参考状态，这可能是假定存在的，而不是明确陈述的。自然过程的最终条件始终包含着微观上特定的影响，而这些影响，从过程初始条件的宏观规定来看是无法被完全准确预测的。这就是为什么熵在自然过程中会增加——熵的增加告诉我们需要多少额外的微观信息来区分最终的宏观指定状态和最初的宏观指定状态。</font>'''<ref>Ben-Naim, A. (2008). ''A Farewell to Entropy: Statistical Thermodynamics Based on Information'', World Scientific, New Jersey.</ref>
+当只知道宏观状态时，熵也可以被看作是对系统运动和构型的微观细节有关的物理度量。这种细节通常在微观或分子尺度上被称为无序。该定律声称，对于一个系统的两个给定的宏观指定状态，它们之间存在一个被称为熵差的量。'''<font color="#32CD32">这种熵的差异定义了需要多少额外的微观物理信息来指定一个宏观指定状态，给定另一个宏观指定状态-通常是一个方便选择的参考状态，这可能是假定存在的，而不是明确陈述的。自然过程的最终条件始终包含着微观上特定的影响，而这些影响，从过程初始条件的宏观规定来看是无法被完全准确预测的。这就是为什么熵在自然过程中会增加——熵的增加告诉我们需要多少额外的微观信息来区分最终的宏观指定状态和最初的宏观指定状态。This information entropy difference defines how much additional microscopic physical information is needed to specify one of the macroscopically specified states, given the macroscopic specification of the other – often a conveniently chosen reference state which may be presupposed to exist rather than explicitly stated. A final condition of a natural process always contains microscopically specifiable effects which are not fully and exactly predictable from the macroscopic specification of the initial condition of the process. This is why entropy increases in natural processes – the increase tells how much extra microscopic information is needed to distinguish the final macroscopically specified state from the initial macroscopically specified state.</font>'''<ref>Ben-Naim, A. (2008). ''A Farewell to Entropy: Statistical Thermodynamics Based on Information'', World Scientific, New Jersey.</ref>
 ==第三定律 Third law==