热力学定律范文（精选8篇）
热力学定律 第1篇
热力学第二定律是一项非常重要的物理学定理, 关于热力学第二定律, 有两种不同的表述, 热力学第二定律的应用范围非常广泛, 下面就针对这一问题进行简要的分析。
1热力学第二定律的概念
1. 1热力学第二定律的意义
热力学第二定律不仅是继热力学第一定律后产生的一个基本定律, 为我们形象地描述出参杂大量分析热量的活动, 揭示了在一定时间与空间中涉及的物理过程和化学过程, 热力学第二定律的提出从根本上否定了永动机的理论。热力学第二定律在人们的生活中也有着广泛的应用, 但是这种推算步骤是十分繁琐的, 其推导不仅涉及物质微观结构, 也涉及着其他的问题, 这一定律经大量科研人员经过论证得出。
1. 2热力学第二定律的含义
在自然界之中, 不可逆过程往往都具有密切的联系, 因此, 热力学第二定律的表述技术可以为不可逆过程, 而热力学第二定律也有着几种不同的表达方式, 无论是采用何种表达方式, 无论是选择何种必答方式, 其本质都是一致的。同时, 热力学第二定律也是一种态函数, 可以采用熵进行表述。一般情况下, 无关联且孤立的热量变化可逆反应, 其熵基本上不会发生变化, 但是在不可逆反应之中, 却会不断的发生变化, 热量系统内部出现了不断的变化, 这种变化没有秩序可循。
2热力学第二定律的发展历史
对于热力学第二定律的研究已经经历了多年历史, 经过了广大学者的论证和研究, 关于这一问题的提出, 最早为19世纪初期, 但是, 在提出的初期, 人们对于热力学第二定律的理解还不到位, 研究也并不深入, 在这一背景下, 关于热力学第二定律的研究开始得到了深入的发展。之后到了1824年, 卡诺这个法国高级陆军工程师在发表的名为“论火的动力”的论文中提出了可以提高热机效率的“卡诺定理”。然而由于当时的卡诺是利用现在看来是错误的理论依据“热质说”来进行研究。直到迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人在1840 ~ 1847年间对热力学机理进行研究, 并在此基础上扎实建立热力学第一定律甚至其他一些更普遍的能量守恒定律。在1850年, 克劳修斯将“热动说” 作为研究基础来审核卡诺定理, 经过多次改进和修改, 出现在了我们现行的教材之中。在当时的同时期之中, 开尔文从另外一个角度重新描述了热力学第二定律, 这两种表述之间互相不受干扰, 是平等的。
3热力学第二定律的应用
热力学第二定律就是解决热传递过程中转化问题的理论, 其应用范围非常广泛, 根据热力学第二定律的定义, 其应用主要针对以下几个方面。
1) 热力学第二定律属于研究物理学热量问题的一种宏观规律, 因此, 热力学第二定律不适宜应用在由少数分组构建而成的微观系统体系。
2) 根据以上的内容, 热力学第二定律主要对于“孤立”与 “绝热”两个系统体系在具有生命结构的物体上不适宜使用, 因此, 开尔文在1951年再次描述这一定律时, 就明确提出一个问题, 即热力学第二定律对于无生命气象的物质是适用, 但是并不适合应用在有生命特征的动物体中。
3) 热力学第二定律的应用价值非常广泛, 在19世纪的前半个阶段, 主要应用在时间物质能量变化以及建筑工程限定性空间问题的使用上, 到了20世纪, 很多科学家开始将这一定律应用在时间与空间范围内。
4) 根据热力学第二定律热传导原理, 这一定律也在造船焊接技术、电力传输技术、桥梁施工建设技术中表现出了良好的应用潜力。
5) 对时间的理解: 我们知道, 热力学第二定律是自然界所有单向变化过程的共同规律, 而时间的变化就是一个单向的不可逆过程, 因此可以说, 时间的方向, 就是熵增加的方向。这样, 热力学第二定律就给出了时间箭头。进一步研究表明, 能量守恒与时间的均匀性有关, 即热力学第一定律告诉我们, 时间是均匀流逝的。这两条定律合在一起就是, 时间在向着特定的方向均匀地流逝着。
6) 黑洞热辐射的发现: 1972年, 英国物理学家霍金提出了黑洞的“面积定理”。证明了黑洞的面积随时间的变化只能增加, 不能减少, 即d A≥0 ( 式中A为黑洞面积) 。这不由使人们想起了热力学中的“熵”, 但黑洞面积与熵是两个不同的物理量, 把它们联系起来是不是太荒唐了呢? 几乎与此同时, 物理学家贝根斯坦和斯马尔, 各自独立地得出了关于黑洞的一个重要公式, 这正是基于热力学第二定律的研究产生。
4结语
本研究分析了热力学第二定律的含义和应用, 结果显示, 热力学第二定律在很多领域都有着广泛的应用前景, 值得进行进一步的研究。
参考文献
[1]李爱琴, 刘洋, 王丽, 等.熵方程在热力学第二定律教学中的应用[J].北京城市学院学报, 2010 (1) .
热力学定律与数学不等式 第2篇
热力学定律与数学不等式
应用热力学第一定律和第二定律,简便地建立一个普遍的不等式,由此可直接推出许多常见的不等式,并可期望推出一些新的不等式.
作 者：陈金灿 李书平CHEN Jin-can LI Shu-ping 作者单位：厦门大学物理系,福建,厦门,361005刊 名：大学物理 PKU英文刊名：COLLEGE PHYSICS年，卷(期)：28(8)分类号：O414关键词：热力学定律 温度 热容量 数学不等式
热力学定律 第3篇
诚如天体和大气物理学家埃姆顿所云：“在自然过程的庞大工厂里，熵原理起着经理的作用，因为它规定着整个企业的运营方式和方法，而能仅仅充当簿记，平衡贷方和借方. ”熵这个概念的重要性不亚于能，它不仅应用于对社会发展起到关键作用的热科学领域，还广泛地应用于物质结构、低温物理、化学动力学、生命科学和宇宙学，而且已经延伸到诸如经济、社会、信息技术等领域. 从新课程应充分体现时代性的理念来看，在高中物理中安排这块内容的确顺理成章. 再从当前人类面临的社会问题看，几乎可以这样说，除了文化冲突和民族纷争以外，人口、能源和环境是一切社会问题发生之源. 为了子孙后代的生存发展必须节约能源的观点，保护环境就是保护人类自身的意识，是本块内容应该体现的人文内涵. 由于上述诸多因素，在本块内容的教学设计中，应体现定性优于定量，人文性大于科学性的原则. 如何落实新课程所要求的三维教学目标，充分体现本块内容的人文性呢？笔者认为可以从以下几个方面入手.
一、运用人文手段，理解、诠释热力学第二定律
实验手段、数学手段、逻辑手段等是属于科学的手段，运用比喻、典故、故事、成语俚语等可以说是人文手段. 在本块内容教学中，教师要尽量避开或者降低定量和逻辑推理要求，而以学生易于接受且能引起共鸣的一些人文方法，以加深对热力学第二定律的理解.
克劳修斯指出：热量不能自发地从低温物体传向高温物体，说明热传递是有方向的. 如果我们在学生耳熟能详的成语“水往低处流，人往高处走”后面添加一句“热往低温传”，体现自然过程发生是有方向的，学生就觉得很好理解.
当然，热量从高温物体向低温物体散发，也存在一个流畅性的问题. 比如一个人热得出汗了，要向周围空间散发热量，我们就希望周围的空气流动，以加快散发的速度. 我们地球持续地接收着太阳的辐射热量，为了使地球的环境温度稳定在一个恰当的值，就必须向周围空间以红外线的形式散发热量. 以前这种接收和散发长时间维持在适当的比例上，使得地球上的生灵得以生存和发展，但近几十年来由于二氧化碳的过量排放，它像一件保暖内衣包裹着地球，使红外线的外散辐射被抑制，结果导致温室效应，地球变暖，出现了严重的环境问题. 如果不有效地控制二氧化碳的排放，物种灭绝的现象将愈演愈烈，生态环境越来越恶化. 以保暖内衣比喻温室效应，显得形象生动.
1986年8月在日本东京举行的国际物理教学研究会上（ICPE），一位代表对“微观过程是可逆的，宏观过程是不可逆的”的物理现象作了一个比喻，好比两条狗，一条黑狗上生满了跳蚤 ，另一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，当然也可以再从黄狗身上跳回黑狗身上，跳蚤跳来跳去的过程相当于微观过程是可逆的，但最后无论是黄狗还是黑狗都不可能是干净的，即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上，使黄狗重新成为干净这一宏观的逆过程是不可能发生的，这一比喻形象生动，受到与会代表赞赏，“狗蚤回跳”，也成为了热力学第二定律教学案例的一个典故.
二、体现人文价值，培养学生节能环保方面的正确价值观和社会责任感
如果说科学的第一要义是求真，那么人文的第一要义是求善. 通过热力学第二定律的学习，使学生理性地认识到能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础. 能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化是具有方向性的，人们的一切生产、生命活动中，都在把机械能、电能、核能、生物能……概而言之一句话，把千古积累的和正在接收到的太阳能，最终转化为内能，把有序度大的能量变成无序度大的能量，即能量耗散. 随着能量的耗散，能量从高品质转化为低品质，虽然能量不会减少但能源却越来越少. 化石能源不但资源有限，而且对环境造成很大的破坏.
学生只有通过对于能量耗散和环境破坏原因的深刻理解，才能逐渐自觉树立节能环保的责任意识，并转化成自觉行动和良好习惯. 你今天开车烧掉了10升汽油，地球的资源就减少了10升. 全世界的人合起来，就是一个庞大的数字. 反过来同样是一个巨大的数字，若每一个人日常生活中节约一点，那么对全球能源应用的意义同样重大. 从另一个角度看，还应该开发新能源，如太阳能，你使用太阳能热水器洗一个澡，单纯地从成本核算看，可能并不比电热器省，或者说也完全可以负担得起，但从节能环保的角度看，却完全是两码事. 因此从人文教育的角度审视，通过本块内容的学习，应该使学生们从小就被要求养成的一些良好习惯，诸如随手关灯的习惯，尽量少开空调的习惯，节约一张纸的习惯等等，提升到理性的高度.
三、挖掘人文意蕴，在学习热力学第二定律过程中领略物理美
在奥地利物理学家玻耳兹曼的墓碑上，镌刻着这样的碑文：
S=KlnW
这正是定量表示熵S和微观态数W之间关系的玻耳兹曼公式，其中K就是著名的玻耳兹曼常数. 这个公式闪烁着物理大师的创造和发现的智慧之美，而这块雕刻着公式的墓碑更闪烁着后人尊重科学尊重大师的人文之美.
我们学习过的物理定律和定理，一般都有法定的严密的逻辑表达形式，可是学生会发现，教材中热力学第二定律有好几种表达. 德国物理学家克劳修斯在1850年指出：热量不可以自发地从低温物体传到高温物体；英国物理学家开尔文于1851年在分析了热机及其他涉及做功的热学过程后指出：不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响；从微观的角度也可以这样表达：一切自然过程总是沿着分子运动无序性增大的方向进行；还有一种比较专业的表达：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，所以把热力学第二定律又叫做熵增加原理；在气体对真空膨胀的过程中又表述为“气体向真空的膨胀是不可逆的”：甚至在化学里被表述为“自发的化学过程总是朝着释放热量或无序程度增加的方向进行”等等.
物理学的理论体系呈现高度的和谐美、统一美和简洁美. 上述几种表述和谐统一互通，最终以熵增原理简洁而完美地表达，正是物理美的体现. 正如宋代诗人苏轼描绘庐山诗中所云：“横看成岭侧成峰，远近高低各不同. ”热力学第二定律如同一座雄伟秀美的山川，多角度的表述，正是其丰富而深刻的内涵和物理学家们为认识客观世界而付出的创造性劳动的体现.
四、拓展人文视角，注重与相关学科的交叉综合
在生物学中，生物进化过程意味着从低级向高级，从无序到有序. 而热力学第二定律指出自然过程从有序到无序. 二者是否矛盾？
其实，根据耗散结构理论，有机体作为一个开放的耗散结构，它的产生既要靠外界不断提供物质和能量，还必须要向这个开放系统提供“负熵流”，也就是输入系统的熵必须小于输出的熵，系统有净熵输出. 对于动物来说，生命攸关的低熵物质有两类：低熵高能的食物（如碳水化合物）和低熵低能的净液态水，排出的高熵物质如二氧化碳、水汽、尿、汗和其他排泄物. 如图1，正是有机体作为开放系统自身熵的不断减少，导致生物体从无序向有序的进化. 热力学第二定律和生物进化论，同属19世纪科学上最伟大的发现，得到很好的统一.
在高中化学中，其教学进度先于物理就出现了“焓变”和“熵变”的概念. 用焓变的正负、大小来描述化学反应中物质的能量状态改变情况. 如果能量状态降低，则焓变就能够自发地进行化学反应，其焓变值越大，就标志释放的热量越多，反应进行得越彻底；用熵变的正负、大小来描述化学反应前后物质的无序程度，如果无序程度增大则熵变,就能够自发地进行化学反应，熵变越大，越有利于反应自发进行. 在2009年浙江省高考自选模块的调测卷中，有一个其中选项为“一杯30℃的水放在空气中，温度慢慢降到10℃，这杯水的熵增加”的选择题，许多物理老师想当然地认为自发的热传递过程熵必定增加，这完全符合热力学定律，错误地选取了这个选项，而学生却多能从化学的角度出发，认为这杯水的温度降低，分子热运动的有序度变好，所以它的熵是减少的. 这里从物理的角度讲，是没有注意到“孤立系统”的前提，应该是这杯水的熵减少，环境空气的熵增加，这杯水和环境空气组成的孤立系统的熵增加.
基于热力学定律的绿色经济发展探究 第4篇
1 绿色经济的内涵
“绿色经济”是由英国经济学家皮尔斯在1989年出版的《绿色经济蓝皮书》中首次提出的。绿色经济是以市场为导向、以传统产业经济为基础,以经济、环境和谐为目的而发展起来的一种新的经济形式,是产业经济为适应人类环保与健康需要而产生并表现出来的一种发展状态。
绿色经济作为一种新的能够引领世界经济活动走向的话语,来自联合国秘书长潘基文。在2007年底联合国巴厘岛气候会议上,他指出:“人类正面临着一次绿色经济时代的巨大变革,绿色经济和绿色发展是未来的道路”;“绿色经济正在为发展和创新产生积极的推动作用,它的规模之大可能是自工业革命以来最为罕见的”。2008年10月,联合国环境规划署发起“绿色经济倡议”,旨在推动世界各国向绿色经济模式转变。绿色经济和绿色新政得到了国际社会的积极响应。
绿色经济是以维护人类生存环境为目标、合理使用能源与资源为手段的一种平衡式经济,是协调环境和发展问题所依靠的重要经济形态,其本质是生态经济。它以人与自然和谐为核心,从人与自然的物质代谢的整体功能出发,把经济纳入自然生态的良性循环系统的经济模式,以保护生态环境为前提,促进经济发展[1]。绿色经济强调经济发展必须是自然环境和人类自身可以承受的,不会因盲目追求经济增长而造成社会分裂和生态危机,不会因为自然资源耗竭而使经济无法持续发展。其内涵包括:经济增长要建立在生态环境容量和资源承载力的约束条件下,将环境资源作为经济发展的内在要素,将环境保护作为实现可持续发展的重要支柱;要把实现经济、社会和环境的可持续发展作为绿色经济的发展目标;要把经济活动过程和结果的绿色化、生态化作为绿色经济发展的主要内容和途径。[2]可以说绿色经济是可持续发展的核心内容。
实际上,我国已经开展了一些与绿色经济相关的实践、行动和做法,包括针对经济活动中资源能源消耗高和污染排放大的问题而实施的节能减排行动;针对经济活动中由于资源利用方式简单而造成的资源利用效率低和污染排放强度高的问题而倡导发展循环经济活动;针对碳基能源对于气候变暖影响而倡导的低碳经济活动。绿色经济与落实科学发展观、建设资源节约型和环境友好型社会、转变经济增长方式的本质是一致的。
2 绿色经济的热力学分析
热力学是关于热现象中物态转变和能量转换规律的科学。物质形态的转变和能量的转换是人类社会系统与自然物质系统之间联系的最基本形式。人类的生存与发展离不开自然资源和生态环境这个物质能量基础。热力学所揭示的客观规律热力学第一定律和第二定律对于人类也就具有了首要的意义。
热力学第一定律是包含热能在内的能量守恒定律,是指人工或自然过程均不可能无中生有的创造出能量,也不能有中生无的消灭能量。能量守恒是物质运动的一个普遍规律。机械运动、热、光、电、磁和化学变化等各种不同形式的物质运动之间能相互转化或传递,在转化或传递前后,作为物质运动度量的能量总和恒定不变。
对于封闭系统,其数学表达式为:
U=U2-U2=Q-W (1)
U为系统从状态1变化到状态2时系统热力学能变化,Q和W分别为系统与环境变换的热量和功,通常规定,系统吸热时,Q为正,系统对环境作功时W为正。
式(1)表明,封闭系统热力学能的增量等于系统吸收的热量与系统对环境所做功之差值。这就是说自然界物质的运动既不能创造也不能消灭,只能由一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律给我们一个什么是我们能做,什么是我们不能做的框架。帮助我们排除不可能性,最大限度保存我们有用的资源,避免做大量的无用功。
从热力学第一定律的角度来看,人类经济过程的实质是人类通过对自然的有意识介入和干预,让自然按人的意志在一定的技术条件下发生物质能量的转移或转换。人类在所有的经济过程中并没有创造物质,也没有创造能量,只是促进了物质能量的转化路径与存在形式。用热力学第一定律来考察人类的生产和消费,可以看出,在一个足够长的时期内,从自然界获取的物质必定基本等于排入自然界的物质。物质在生产和消费过程中都没有消失,只是从最初“有用”的原料或产品变成了末端“无用”的废物并进入环境中,形成污染,而物质的总量保持不变。但是“有用”和“无用”是相对的,随着绿色经济倡导的新技术、新工艺、新消费观和新组织构架的建立,一方面,生产和消费过程消耗的资源和产生的废物将不断减少,另一方面,大部分废物将重新成为原材料进入生产和消费过程,形成物质循环利用的循环经济系统[3]。
热力学第二定律是在不违背热力学第一定律的前提下阐明过程进行的方向、条件和限度。用热力学语言可表述为通过循环过程从单一热源吸热,并把它全部转变为功是不可能的,采用的基本方法是熵判断,数学表达式为:
S=S2-S1=≥∫undefined
式中S为熵,是系统混乱的度量,TSU为环境温度, Q/TSU为热温商。
式(2)表明,一切可能进行的实际过程,熵变一定大于热温商,仅在可逆过程时两者相等。但自然界所有过程都是不可逆的,无论过程多么复杂,其最后状态与最初状态总是有差别的,完全可逆的循环过程是不存在的,任何已发生的过程完全逆转是不可能的。因此,自然界中所有过程都是熵增的,从有序(低熵)状态趋向无序(高熵)状态。
熵的重要特征:
SCU≥0 (3)
即在封闭系统中,可逆过程的熵变等于0,一切不可逆过程的熵变总是大于0。这被称为熵增原理。
普利高津耗散理论认为,熵增原理描述的是孤立系统,而对开放系统则必须考虑系统与外界交换能量和物质所引起的熵变,以及系统内部由于不可逆过程所造成的熵变。用公式表示即为:
dS=deS+diS (4)
式中deS为外界流入或流出系统的熵流,是系统与外界间熵的交换,可正可负,也可为零。而diS则为系统内部的熵变,它总是大于零的。
若外界提供足够的负熵流deS<0,且|deS|>diS则可使dS<0。这就是说在不违反热力学第二定律的条件下远离平衡的非线性系统可以通过负熵流来减少总熵,从而使系统由原来的无序混乱状态,转变到一种时间、空间或功能有序的新状态即耗散结构。
热、功的不等价性是热力学第二定律的一个基本内容,分子有规则运动的机械能、电能、光能、化学能等可以完全转化为分子无规则运动的热能,而热能却不能完全转化为机械能、电能、光能、化学能等。热力学第二定律规定了能量的转化方向是单向的,即从有序的、能被利用的状态向无序的、不能利用的状态变化。
从热力学第二定律的角度来看,人类社会系统的负熵或低熵是以自然界的高熵为代价的。人类的生产和消费活动,需要不断从周围环境摄取能量和物质,同时也向周围环境排出能量和物质,如果这一过程能使生态系统进入正常的循环,即大自然能够向人类提供所需的负熵,同时又能分解处理人类排出的熵,则人类的生存环境将会处于某种稳定的状态之中。事实上,生态系统本身具有一定的自净化能力,能分解、处理有机体排出的正熵,使系统的熵增减缓,保持生态系统的平衡。例如,植物进行的光合作用,不但能产生氧气,生成低熵物质,满足有机体能量和负熵的需求,而且还能吸收有机体排出的二氧化碳,起到清洁地球、减缓生态系统熵增的作用。
但是生态系统对熵增的调节有一定的限度,当来自外界的干扰因素作用力很大时,大大超出了生态系统的可承受力,就会破坏生态系统的自我调节功能,系统平衡遭到破坏并开始瓦解。美国著名学者和社会活动家杰里米里夫金认为世界之所以出现各种危机,就是因为人类违背了熵定律,一味地追求高熵社会而与自然为敌,并对自然界采取野蛮的“殖民”政策的结果。[4]实际上,工业文明作为一种强大的外界干扰因素,已经严重威胁到了生态系统的自我调节功能。人类从工业革命以来向自然界进行肆无忌惮地索取、掠夺,全然不顾子孙后代的长远利益而无节制地预支自然资源,在资源、环境、生态上造成了巨大的熵增,即资源耗竭、环境污染和生态恶化。人类为了获得自己所需的能量而向地球大气中排入了过量的二氧化碳,阻止了地球热量的辐射与扩散,引起空气中的熵增加,造成温室效应;大面积森林的砍伐减弱了全球的光合作用,减少了氧气向大气的排放;各种经济活动排出的大量的污染物,致使环境污染达到前所未有的程度,使环境中的熵增大,有序度降低,环境可用度减少。从热力学的视角看,环境污染、生态破坏是生态系统能量支大于收严重失衡、熵增太快的结果。[5]
绿色经济遵从生态规律,抛弃以往的通过掠夺自然而无限发展的观念和行为,建立一种与自然承载能力相适应的、有节制的合理生存观与共同发展观,建立与自然协调共存的低熵社会。自然子系统的负熵过程是一个被动的接受过程,而社会经济系统是一个由人类控制的系统,它的负熵过程则是一个主动过程。绿色经济是控制系统的负熵过程,克服熵增过程,以此使生态系统保持其内部稳定而有规则的能量流动,维持其特定的结构和功能,协调自然、经济、社会的发展。
3 基于热力学定律的绿色经济发展对策
绿色经济是一种与自然生态系统融为一体和谐发展的系统运行最优化、科技含量最高化、资源利用最佳化、环境排放最小化、经济效益最大化的新生产方式和与之相适应的生活模式,是人类社会可持续发展的必然之路。我国正处于全面落实科学发展观、建设环境友好型和资源节约型社会的战略转型期,继续走具有中国特色的绿色经济发展道路,需要探究热力学定律基础上的绿色经济发展的新途径。
3.1 构建低熵发展模式
发展绿色经济需要发展观念、发展模式、发展方向的转变。熵增最小化的低熵发展模式是绿色经济发展的基本路径。低熵发展模式是以保护环境与自然资源为优先目标,以较低的环境与资源代价来换取经济的进步与发展,其实质是要求尽量减少物质的使用和废物的排放,最充分利用负熵流,尽量减少自身系统的熵增。通过循环经济的“减量化、再利用、资源化”、低碳经济的“低能耗、低污染、低排放”、清洁生产等主要经济技术模式来实现熵减,减少资源的消耗,减少环境污染,维持生态平衡,使同一环境容量承受较大的经济增长。
3.2 遵循自然生态规律
发展绿色经济必须遵循自然生态规律,从自然界生态系统整体运行规律的宏观视角,全面审视人类社会的发展问题。正视自然生态系统和社会生态系统之间的内在联系,以及这两个系统之间实际存在着极其错综复杂的物质和能量的流动过程。一方面,人类不能无限度地把自然物质和自然资源纳入社会经济系统,或过量地向自然界返还废弃的物质,破坏了能量流和物质流的循环。另一方面,人类在社会经济活动中,要遵循能量流动的递减性、单向性、不可逆性等规律和物质流动的循环性规律来组织生产,既要考虑人类生存与繁衍的需要,又必须顾及生态、资源、环境的承载力,以实现人与自然和谐,发展与环境同步。
3.3 发展绿色科技
绿色科技是发展绿色经济的重要支撑。绿色科技是低熵科技,通过物质和能量多层次分级利用或循环利用,提高物质和能量的转化效率,延长物质和能量转换形式的链条,提高物质和能量的再利用率,从而降低有效物质和能量向熵转换的速率。大力发展清洁生产、环境治理、生态环境持续利用、节能减排、新材料和新能源等绿色技术,促进绿色产业的发展与调整,不仅降低社会经济系统自身的熵增,也减少了向自然界排放的废熵,使经济发展步入生态化的轨道。
3.4 树立低熵观念
发展绿色经济需要全社会树立节约资源、循环利用资源和保护环境的理念,并有效地转化为自觉行动。低熵观念有助于培养和提高人们的生态意积,控制人类行为,把人类活动的熵增行为控制在最低限度。“我们可以通过对自身生活与行为方式的选择,决定世界上有效能量的耗散速度。”[4] 要充分利用广播、影视、报刊等宣传媒介,进行绿色经济知识的普及、教育和宣传,开展各种形式的宣传活动,提高全民资源与生态环境意识,增强全民的绿色意识,在全社会树立绿色经济观念、低熵观念,使发展绿色经济成为公众的共识。
摘要：绿色经济是人类寻求的一种能够促进社会经济与环境和谐发展的新型经济发展模式,其本质是生态经济。绿色经济遵从生态规律,研究热现象中物态转变和能量转换规律的热力学定律对于绿色经济具有重要的意义。文章探究了热力学定律对绿色经济发展的启示,并对绿色经济进行了热力学分析,提出通过构建低熵发展模式、遵循自然生态规律、发展绿色科技、树立低熵观念等途径发展绿色经济。
关键词：绿色经济,热力学定律,熵
参考文献
[1]曹庭珠.科学发展观的系统研究[M].郑州:黄河水利出版社,2009.
[2]吴晓青.加快发展绿色经济的几点思考[J].经济界,2010(1)1-14.
[3]金涌,阿伦斯编著.资源.能源.环境.社会——循环经济的工程科学基础[M].化学工业出版社,2009.
[4]杰里米.里夫金,等.熵:一种新的世界观[M].吕明等译.上海:上海译文出版社,1987.
热力学第一定律教案[小编推荐] 第5篇
教学难点：永动机
一、热力学第一定律
改变物体内能的方式有两种：做功和热传递．
运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增加时，为负；外界对物体做功时，为负．
为正，物体对外界做功时，为正，物体内能减少时，为负；物体吸收热量时，为正，物体放出热量时，例1：下列说法中正确的是：
A、物体吸收热量，其内能必增加
B、外界对物体做功，物体内能必增加
C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少
D、物体温度不变，其内能也一定不变
答案：C
评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两种方式：做功和热传递．
例题2：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J.这时空气对外做了多少功？
解：根据热力学第一定律
知
1.5 ×105J-2.0 ×105J =-0.5 ×105J
所以此过程中空气对外做了0.5 ×105J的功．
二、能量守恒定律
1、复习各种能量的相互转化和转移
2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变．（学生看书学习能量守恒定律内容）．
3、能量守恒定律的历史意义．
三、永动机
永动机的原理违背了能量守恒定律，所以是不可能的．
举例说明几种永动机模型
力学三大基本定律的应用 第6篇
处理动力学问题的基本思路、方法有三种:一是牛顿运动定律结合运动规律;二是冲量和动量变化的关系;三是功和能量的转化和转移的关系.对应于不同的物理情景, 采用的解题方法不尽相同.若考查研究对象的运动过程, 三种方法皆有可能, 但方法不同, 处理问题的难易、繁简程度可能有很大的差别.为此, 我们应该掌握三种方法的联系与区别、适用条件和研究对象.
一、力学的知识体系
力学研究的是物体的受力情况与运动情况的关系, 以三条线索 (包括五条重要规律) 为纽带建立联系, 可用下框图表示:
二、研究动力学问题的三大基本方法的比较
由上表应用条件可以看出, 在只有重力和弹力做功, 其他力不做功的条件下, 用机械能守恒定律解题;系统不受外力或所受外力的合力为零、在某个方向系统所受合外力为零, 则用动量守恒定律解题;从研究对象来看, 若是以两个或两个以上物体为研究对象, 首选动量守恒定律和机械能守恒定律或能量守恒定律;曲线运动选动能定理或机械能守恒定律、能量守恒定律;给出位移用动能定理, 给出时间用动量定理.
下面用例题详解:
【例题】 如图所示, 一质量为M的小车静止在光滑的水平面上, 一质量为m的木块以水平速度v0滑上小车, 由于木块和小车间有摩擦力, 使得木块在小车上滑动了一段距离后就跟小车一起以相同速度运动, 试求摩擦力对两物体做功的代数和.
解析:由于题目有两个物体, 所以笔者首选动量守恒定律和能量守恒定律.把木块和小车作为一个研究系统, 对其受力分析可易得系统合外力为零, 则系统动量守恒.设木块与小车的共同速度为v, 则由动量守恒定律可得:
mv0= (m+M) v ……①
要求摩擦力对两物体做功的代数和, 应分别求出摩擦力对木块和小车的功.由动能定理得:摩擦力对小车做正功
对木块做负功
由以上各式可得摩擦力对两个物体做功的代数和为:
热力学定律 第7篇
《工程热力学》是热能动力工程专业一门重要的专业基础课, 在学习理论的基础上, 侧重工程应用。热力学第二定律与熵概念是学习的重点和难点之一, 学生在学习中理解不清, 抓不到定律的实质。根据多年的教学实践, 作者认为只要在教学中抓住本质、理清顺序, 从热力学第二定律与热力学第一定律的区别与联系、热力学第二定律表述的多样性、卡诺定律的提出、熵的概念及孤立系熵增原理等几个方面进行讲授, 并注意强调这几部分内容之间的内在联系, 可以收到良好的教学效果。
2 热力学第二定律与热力学第一定律的区别与联系
热力学第一定律是能量守恒和转换定律在热力学中的阐述, 在热力过程中热能和机械能相互转换在数量上是守恒的, 解决的是“数量”上的问题。热力学第二定律解决的是热力学过程进行的方向和限度及能量转换的条件等问题, 即能量不仅仅在数量上是守恒的, 而且也有“品位”高低的问题。在能量传递过程中不仅受到热力学第一定律的限制, 而且受到热力学第二定律的约束。只有在学习完热力学第一定律并熟练应用的基础上才能更好地学习热力学第二定律。另外热力学第二定律与第一定律的适用范围、解决的问题不同, 所以两个定律既相互独立, 又有联系, 构成工程热力学的理论基础。
3 热力学第二定律表述的多样性
热力学第二定律的表述多样。教材中的两种最具有代表性的表述如下:
表述一 (克劳修斯说法) :热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。
表述二 (开尔文说法) :不可能从单一热源吸取热使之完全变为功, 而不引起其他变化。
这两种表述分别从热量传递和热功转换的角度提出, 都采用了“否定之否定”的方式, 语句绕口, 留下遐想和疑点颇多。例如:
(1) 两种表述中的“不可能”是绝对的?还是分别有什么条件?
(2) 表述一中, 转移的热量是“全部”还是“一部分”?
(3) 表述二中的“单一热源”, “完全变为功”, “引起其他变化”三者对应关系如何?
关于两种表述中的“不可能”指的是非自发过程的实现不能单独完成, 而自发过程则能单独实现, 既有绝对, 又有相对;其中转移的“热量”指的是全部热量, 热量从低温传到高温的过程需要伴随自发过程才能实现。对于表述二, 单一热源吸收的热量不是不能完全变为功, 而是需要外界或者系统发生一些变化才能实现。
热力学第二定律还有其它表述, 其实不管哪种表述, 从根本上都是既对立有统一的。可以从哲学的观点给学生分析这些问题。
4 卡诺定律的提出
教材中对卡诺定律的提出是以对卡诺循环及多热源循环的分析为基础的。关于卡诺循环, 是由两个定温传热和定熵过程组成的动力循环, 其逆循环则为制冷循环和热泵循环。为什么非得是定温传热和定熵压缩和定熵膨胀构成?再者为什么卡诺循环只关心效率而不关心功 (功率) ?能否实现?等诸多问题需要解决。
从可逆过程的观点来分析, 定温传热是为了消除传热时的温差, 两个绝热定熵过程则是不考虑做功过程中功的耗散。因为有限温差传热和功的耗散在实际情况中是不可避免的, 均为不可逆, 卡诺循环是理想的, 不能实现的。卡诺循环指明了提高循环热效率的方向, 那就是提高热源温度和降低冷源温度能提高效率。但是卡诺循环只给出了最高热效率, 而对实际关心的出力问题没有说明。事实上在效率最高的时候出力并不一定最高。给学生讲授的时候可以适当地引入C-A循环简单说明。
5 熵的概念及孤立系熵增原理
学生对熵的导出及其表述是没有难度的, 但对能用它判定过程方向和限度的理由和作法不是听一次课就能弄懂的, 要弄懂这个问题就必须注意两点, 第一, 用这个原理可直接判定自然界中热力学自发宏观过程的方向和限度。这是因为孤立系中的过程一定是自发的, 又因为自然界的热力学宏观过程都是不可逆的。第二, 用熵增加原理可间接判定自然界中热力学非自发宏观过程的方向和限度如何, 或为使系统进行预定的过程需要创造怎样的条件。这是因为非自发过程一定是在非孤立系中进行的, 此时可将影响系统的外界条件与系统合为孤立系统, 因而也可直接用该原理来判定。
由克劳修斯等式可定义态函数熵, 进而由克劳修斯等式和不等式, 及熵定义可得到热力学第二定律的数学表述
上式给出热力学第二定律对过程的限制, 违反上述不等式的过程是不可能实现的。
对绝热条件下的系统, Q=0, 则有
这就是熵增加原理。原理指出:经绝热过程后, 系统的熵永不减少, 系统经可逆绝热过程后熵不变, 经不可逆绝热过程后熵增加, 在绝热条件下熵减少的过程是不可能实现的。
熵增加原理的一个重要应用是对孤立系中所发生的过程进行分析。孤立系与其它物体没有物质和能量交换, 其中所发生的过程必然是绝热过程。由此可知, 孤立系的熵永不减少。孤立系中所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行的。
结束语
热力学第二定律的教学历来是教学的重点, 在教学过程中教师难教, 学生初次接触时又会容易感到困惑, 众所周知, 热力学第二定律和熵的概念在普通物理学中是学生感觉最难学懂的部分, 大部分学生很难系统地掌握热力学第二定律的本质。在教学实践中, 按照以上思路进行讲授, 有助于同学们的学习兴趣的提高和对热力学第二定律理解及应用, 其效果会好许多, 这样做可消除学生的畏难情绪, 使他们处在一种良好的状态下去理解、去掌握第二定律。
参考文献
[1]李椿, 章立源, 钱尚武.热学[M].北京:人民教育出版社, 1978.
[2]杨端清.热力学第二定律的教学释疑, 2011.
[3]程杰, 赵梅.热力学第二定律的两个问题释疑[J].数理天地, 2010 (5) .
[4]李金鑫, 游阳明.关于热力学第二定律教学探讨[J].
[5]梁绍荣, 刘昌年.热学[M].北京:高等教育出版社, 1994.
热力学定律 第8篇
关键词：高中物理,牛顿运动定律,“跳出课本看课本”
作为一名高中物理教师，我在教学之余听到最多的对高中物理的评价是“高中物理太难了，尤其是力学”。为什么物理学给人的感觉总是一个“难”字?高中生应该如何应对新课程理念下的高中物理，物理教师应该如何让学生更容易地理解高中物理知识，提高对物理的兴趣，让他们爱上物理呢?我觉得这是一个值得深思的问题。
一、物理教学体系是一个“螺旋上升”的过程。
真正称得上学习物理学应该从初中二年级开始算起。在初中阶段学生就已经接触到了物理学中绝大部分的分支学科，但是只是介绍一些较为简单的知识和结论，定性地研究一些物理现象，不注重更深层次的研究。到了高中阶段，物理学的体系基本展现出来，在初中的基础上再次加深研究，除了理解一些物理知识和规律，还要求学生能够分析物理过程，熟练地利用初等数学知识定量地解决物理问题，掌握物理的基本实验技能，以及利用高等数学的思维(例如：微分、积分的思想)研究某些简单的问题。这些知识和能力的培养是在为学习大学物理打好基础，做好过渡。而大学物理更是在高中物理基础上，将物理学的各个分支再次升华，将知识体系整理得更为系统，物理规律研究得更为透彻，物理现象的分析更为精确，但是最基本的切入点和思维方法还是与高中物理有着千丝万缕的联系。所以高中物理将是学生今后终身学习的基础。
学生感到物理学习困难的原因主要是对物理学的真谛和知识体系理解不深。
我在课后给学生辅导的过程中发现不少学生眼光太短浅，考完试成绩不好，在分析时只盯着一小块知识点。例如：一个学生在高一期末考试以后找到我，因为期末考试考得太差，向我咨询如何复习一下必修2。而我看到试卷的错题，显然不仅仅是必修2的问题，受力分析和牛顿第二定律的方程都有问题。我问他必修1学习得怎么样，感觉如何?他是这样分析的：必修1的第一章、第二章当时提前预习过，考试成绩都在八九十分，还很不错，到了后来有点沾沾自喜，所以第三章力和第四章牛顿运动定律成绩稍微差一点，但是高一期末考得还凑合，所以他认为必修1整体说来还是过得去，不需要复习。到了必修2突然完全没有头绪，一学期下来不知学了什么，也不知该怎么解题，所以他认为应当复习或者叫做重新学习必修2的知识，因为将来选科时他想选择物理。
我想这个学生的学习过程很有代表性，我们就这个实例来分析一下。
我想问这个学生或者我们教师一个问题：什么是物理学?
物理(Physics)，拼音：wùlǐ，全称物理学。物理学是研究物质运动的最普遍形式的规律以及物质基本结构的科学。[1]在高中物理尤其是力学部分最突出的是研究物质运动的最普遍形式的规律。
二、高中物理教材（新人教版）必修1、必修2的知识体系
整个高一两本教材让学生认识了物质运动中最为简单的匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动(包括天体运动)，而这些运动之所以能发生是因为运动的物体受到了相应的合外力的作用，也就是说有什么样的合外力就可以决定物体作什么样的运动，而物体作什么样的运动也反映了物体受什么样的合外力，这是一一对应的关系，而这种关系是由牛顿第二定律决定的。所以高一阶段学好力学的关键就是对牛顿第二定律的理解和应用。
必修1为了让学生更好地了解牛顿运动定律，在前三章作了铺垫：第一章、第二章通过简单的匀速直线运动和匀变速直线运动让学生了解了用哪些物理量，如何描述运动，以及加速度α的含义和求解方法，为F合=ma中的a作了铺垫。第三章相互作用让学生通过对重力、弹力、摩擦力的研究，对力的性质和特点有所了解，进而知道如何求解合外力，即为F合=ma中的F合作了铺垫。一切就绪以后就给出了牛顿的三个定律，以及牛顿运动定律的应用，包括已知运动求受力和已知受力求运动的两大类问题，以及超重、失重的生活现象。所以必修1的体系是很清楚的。
必修2除了机械能看似孤立以外依然是牛顿运动定律的应用。曲线运动和直线运动固然有不同之处, 但是利用运动的合成与分解可以将曲线运动分解成直线运动来解决。而圆周运动更是由于合外力时刻指向圆心, 与速度垂直, 才使得物体的速率不变化, 但是速度方向时刻变化, 最终导致匀速圆周运动, 所以依然有F合=ma, 只不过此时F合被叫作向心力, a叫作向心加速度。了解了这一点, 只要找到物体受到的合外力, 利用牛顿第二定律:, 其中, 就可以解决圆周运动的问题。而天体运动则是在圆周运动基础上的进一步应用:F合是万有引力, a依然是向心加速度, 即, 其中R为两物体间的距离, r为圆周运动的轨道半径。因此必修2中七章有六章实际上都是牛顿运动定律的问题, 所以学好这个定律是掌握力学的关键, 乃至对以后的学习都很有用。
而第五章机械能及其守恒定律真的是抛开了牛顿运动定律而孤立存在的吗?
我们知道当力的作用引起物体位置变化时，力就要做功。由牛顿运动定律可知，力是改变物体运动状态的原因。因此，力对物体做功的效果是改变物体的运动状态，力所做的功应与某种描述物体运动状态量的改变有关。这种描述物体运动状态的量称为动能。动能的变化与作用力所做的功之间的关系，称为动能定理。下面我们推证一下：
这一结果表明, 合力所做的功的确能够用一个运动状态量的变化来表示, 这个运动状态量的形式是, 我们把它叫动能, 用Ek表示, 即。
用表示质点在起点位置是的动能, 用表示质点在终点位置时的动能, 则 (1) 式可以写成A=EkB-EkA, 这就是质点的动能定理, 可表述为合力对质点所做的功等于质点对动能的增量。
而对于质点系我们有
在一般情况下, 质点系的内力包括保守内力和非保守内力。因此我们可以把所做的功A内分成保守内力所做的功A保内和非保守内力所做的功A非保内两部分, 将A内=A保内+A非保内代入 (2) 式, 得A外+A保内+A非保内=EkB-Ek A, 而保守力做的总功等于质点系势能增量的负值, 即A保内=- (EpB-EpA) , 代入上式得A外+A非保内=Ek B-EkA+EpB-Ep A, 即A外+A非保内= (EkB+EpB) - (EkA+EpA) 。
上式等号右边第一项是质点系在B状态的机械能, 第二项是质点系在A状态的机械能即
上式表明:作用在质点系上的一切外力和一切非保守内力所做的功的代数和等于质点系机械能的增量。这就是质点系的功能原理。
由 (3) 式看出, 当外力和非保守内力不做功, 或所做的功的代数和为零, 即A外+A非保内=EB-EA=0, 则EB=EA, 或写成EkB+EpB=EkA+EpA。
这个结果表明：若外力和非保守内力不做功或做功代数和为零，则质点系的动能和势能可以相互转换，但它们的总和(即机械能)保持不变。这个结论称为机械能守恒定律。[2]
所以作为第五章的机械能部分也是源于牛顿运动定律的。
综上所述，其实高中整个力学都是在牛顿运动定律的基础上得到的，学生掌握好牛顿运动定律，理解知识和考试成绩都可以获得质的提高。
这个学生恰恰是没有学好最关键的牛顿运动定律部分，但是当时的考试没有引起他足够的重视。按照以上的思路我建议该生重新审视必修1、必修2这两本书，从必修1复习起，结果效果极好，做必修2的题目几乎不费力气。可见牛顿运动定律的基础是非常重要的。
当然这不仅仅是学生容易出现的问题，教师在授课中也容易忽视对教材的整体把握。如果教师能在教学过程中将牛顿运动定律的思想贯穿始终，我想学生就能够“跳出课本看课本”，原来两本书就是一个牛顿运动定律，一点儿也不难。
这一点，日本的教材处理得很好，我有一本《川勝教授的中学物理教案》，目录为[3]：第一章《力是什么》，作为铺垫;第二章《力和运动》，建立运动与力的关系;第三章《各种各样的曲线运动》，将运动的范围再次扩大，使学生自主应用牛顿运动定律解决问题。到此基本上将我们两本书的内容都囊括在内，我认为这对学生认识力学，认识牛顿，认识物理是一个很好的帮助。
学生的兴趣一方面来自个人的爱好，另一方面是信心的建立。很多学生一开始对物理都非常感兴趣，因为物理学涉猎范围广，实验多，和生活结合紧密。但一些学生因为题目难，考不好，而丧失了对物理学的兴趣，见到物理就怕，就躲，就不想学。因此在目前的高考形势下，更多的学生选择了文科，因为他们觉得花同样的时间文科更容易出成绩，更容易考上大学。目前许多学校文科9个班理科3个班这种不合理的文理选科失衡将会对高中教学和大学教育带来困难。
所以，我们的担子很重，要解决学生畏惧物理的问题，一方面需要学生的努力，另一方面作为物理教师的我们更要给学生指好路，铺好台阶，这样学生才能大胆地前行，也只有这样才更加符合新课改的精神。
参考文献
[1]刘筱莉, 仲扣庄.物理学史.南京:南京师范大学出版社, 2001.
[2]彭长德.大学物理学.徐州:中国矿业大学出版社, 1999.
