熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用及前景

1、熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用及前景0809401118 盧憲熱力學(xué)（英語(yǔ)： thermodynamics ）是從 18 世紀(jì)末期發(fā)展起來(lái)的理論，主要是研究功與 熱量之間的能量轉(zhuǎn)換。 在此功定義為力與位移的內(nèi)積； 而熱則定義為在熱力系統(tǒng)邊界中， 由 溫度之差所造成的能量傳遞。 兩者都不是存在于熱力系統(tǒng)內(nèi)的性質(zhì)， 而是在熱力過(guò)程中所產(chǎn) 生的。熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第零定律：在不受外界影響的情況下，只要A和B同時(shí)與C處于熱平衡，即使 A和 B 沒(méi)有熱接觸， 他們?nèi)匀惶幱跓崞胶鉅顟B(tài)。 這個(gè)定律說(shuō)明， 互相處于熱平衡的物體之間必 然具有相等的溫度。熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律對(duì)非孤立系統(tǒng)的擴(kuò)展。此時(shí)能量可以以功W

2、或熱量Q的形式傳入或傳出系統(tǒng)。熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為：Ent = Ent ,f - Ent , i = Q - W熱力學(xué)第二定律：孤立系統(tǒng)熵（失序）不會(huì)減少簡(jiǎn)言之， 熱不能自發(fā)的從冷處轉(zhuǎn)到熱 處，而不引起其他變化。 任何高溫的物體在不受熱的情況下， 都會(huì)逐漸冷卻。這條定律說(shuō)明 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功。熵增原理： S 0。熱力學(xué)第三定律：不可能以有限程序達(dá)到絕對(duì)零度一一換句話說(shuō)，絕對(duì)零度永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。熱力學(xué)由于發(fā)展較早，也有其自身的局限性，主要表現(xiàn)在：它僅適用于粒子很多的宏觀系統(tǒng)； 它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)，并不解答系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)的詳細(xì)過(guò)程； 它把物質(zhì)視作“連續(xù)體”，不考慮物質(zhì)的微觀

3、結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)與熱力學(xué)結(jié)合起來(lái)研究熱現(xiàn)象常?？梢詮浹a(bǔ)以上局限性。 熱力學(xué)的應(yīng)用范圍很廣，生活中處處可見 比如空調(diào)19世紀(jì)，英國(guó)科學(xué)家及發(fā)明家麥可法拉第（Michael Faraday ）,發(fā)現(xiàn)壓縮及液化某種氣體可以將空氣冷凍,此現(xiàn)象出現(xiàn)在液化氨氣蒸發(fā)時(shí),當(dāng)時(shí)其意念仍流于理論化。這是空調(diào)的最早的理論來(lái)源。冷凍循環(huán)一般構(gòu)造在冷凍循環(huán)中，熱泵把熱力由一個(gè)低溫?zé)嵩磦魉偷搅硪粋€(gè)較高溫的散熱裝置，熱力會(huì)自然地冰箱的運(yùn)作原理與此相當(dāng)接近，把熱力由冰以相反方向流動(dòng)。這是最普遍的空氣調(diào)節(jié)方式。箱內(nèi)部傳送至冰箱外的空氣中。此循環(huán)遵守 Universal Gas LawPV= nRT最常見的冷凍循環(huán)使用電動(dòng)馬達(dá)推

4、動(dòng)一個(gè) 壓縮機(jī)。在汽車上，壓縮機(jī)是由引擎的曲軸 透過(guò)滑輪推動(dòng)，兩者皆使用電動(dòng)馬達(dá)作空氣 循環(huán)。由于熱力被吸收時(shí)會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象， 而熱力釋放時(shí)會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)，空氣調(diào)節(jié)機(jī)使用 壓縮機(jī)在兩個(gè)間隔之間造成壓力的轉(zhuǎn)變，并 以泵令冷凍劑流動(dòng)。冷凍劑將被泵入較冷的 間隔（蒸發(fā)盤管），而低壓及低溫令冷凍劑蒸 發(fā)成蒸氣，并吸取熱量。在另一間隔（凝結(jié)器），冷凍劑的蒸氣被壓縮并經(jīng)過(guò)另一熱力交換盤 管，凝結(jié)成為液體，并釋放出先前在冷間隔中所吸收的熱量。更常見的是制冷機(jī)，比如冰箱熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)是熱泵和冰箱的理論模型。兩者的差別在于熱泵的用途是保持一塊區(qū)域的溫度而冰箱則是使之降溫。最常見的制冷循環(huán)是采用制冷劑的相變進(jìn)行的

5、蒸氣壓縮循環(huán)。吸收制冷循環(huán)是另一種循環(huán)方式，它不將制冷劑氣化， 而是將其吸收。氣體制冷循環(huán)包括逆 向布雷頓循環(huán)和林德漢普遜循環(huán)。此外其制造及工作原理與卡諾定理有密不可分的聯(lián)系卡諾定理是熱力學(xué)中的一個(gè)定理， 說(shuō)明熱機(jī)的最大熱效率只和其高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的 溫度差有關(guān)。根據(jù)卡諾定理 所有不可逆的熱機(jī)， 其熱效率會(huì)比使用相同高溫和低溫?zé)嵩吹目ㄖZ熱機(jī)要低。 所有可逆的熱機(jī)，其熱效率會(huì)等于相同高溫和低溫?zé)嵩吹目ㄖZ熱機(jī)。上述定律其實(shí)是熱力學(xué)第二定律的結(jié)果。 不過(guò)當(dāng)初在推導(dǎo)此定律時(shí)是以熱質(zhì)說(shuō)為基礎(chǔ)， 且以 此定律為基礎(chǔ)建立熱力學(xué)第二定律。利用熱力學(xué)原理制冷是其最廣泛的應(yīng)用，除了上述兩例還有冰蓄冷技術(shù)，低溫空氣源熱泵， 中央空調(diào)冷凝熱回收利用等很多方面。熱力學(xué)是以上這些眾多制冷、 控溫技術(shù)的基礎(chǔ)， 而今后應(yīng)更加重視熱力學(xué)在調(diào)解工作效 率方面的作用， 利用熱力學(xué)計(jì)算改善獲得最高的熱傳遞效率， 改進(jìn)制冷方法， 從而達(dá)到節(jié)約 制造成本的目的， 同時(shí)節(jié)省了能耗， 在這個(gè)能源緊缺的時(shí)代， 利用熱力學(xué)原理在制冷技術(shù)等 上的突破將會(huì)帶來(lái)巨大的緊急效益和環(huán)境效益。參考資料John Murrell. A Very Brief History of Thermodynamics October 5,2010.Halliday, Resnick & Walker.Fundamentals of Physics