1、生活中的热力学摘要：生活中的热力学现象无处不在，热力学现象的本质和原理亦来自生活。其实我们身边经常可以看到很多和热力学有关的现象。热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律是热力学的基本定律，高压锅、空调、电冰箱是生活中常见的用电器。关键词：热力学 定律 热 力 学 第 一 定 律 也 叫 能 量 不 灭 原 理 ， 就 是 能 量 守 恒 定 律 。 它 指 出 ， 热 能 可以 从 一 个 物 体 传 递 给 另 一 个 物 体 ， 也 可 以 与 机 械 能 或 其 他 能 量 相 互 转 换 ， 在 传递 和 转 换 过 程 中 ， 能 量 的 总 值 不 变 。热
2、 力 学 第 一 定 律 的 另 一 种 表 述 是 ： 第 一 类 永 动 机 是 不 可 能 造 成 的 。 表 征 热 力学 系 统 能 量 的 是 内 能 ， 通 过 做 功 和 传 热 ， 系 统 与 外 界 交 换 能 量 ， 使 内 能 有 所 变 化 。根 据 普 遍 的 能 量 守 恒 定 律 ， 系 统 由 初 态 经 过 任 意 过 程 到 达 终 态 后 ， 内 能 的 增量 E 应 等 于 在 此 过 程 中 外 界 对 系 统 传 递 的 热 量 Q 和 系 统 对 外 界 做 功 W 之 差 ， 即E E E Q W或 Q E W这 就 是 热 力 学 第 一 定
3、 律 的 表 达 式 。 对 于 无 限 小 过 程 ， 热 力 学 第 一 定 律 的 微 分表 达 式 为dQ dE dW其 中 ， E 是 态 函 数 ， dE 是 全 微 分 ； Q、 W 是 过 程 量 ， dQ 和 dW 只 表 示 微 小 量 并非 全 微 分 ， 用 符 号 d 以 示 区 别 。 又 因 E 或 dE 只 涉 及 初 、 终 态 ， 只 要 求 系 统 初 、终 态 是 平 衡 态 ， 与 中 间 状 态 是 否 是 平 衡 态 无 关 。热 力 学 第 二 定 律 一 般 有 两 个 表 述 ：1.开 尔 文 表 述 ： 不 可 能 制 成 一 种 循 环
4、动 作 的 热 机 ， 只 从 单 一 热 源 吸 取 热 量 ，使 之 完 全 变 成 有 用 的 功 而 不 产 生 其 他 影 响 。2.克 劳 休 斯 表 述 ： 热 量 不 可 能 自 动 地 从 低 温 物 体 传 到 高 温 物 体 。其 实 这 两 种 表 述 是 等 价 的 ， 我 们 知 道 自 然 界 中 的 各 种 不 可 逆 过 程 都 是 互 相关 联 的 。 而 这 两 种 表 述 的 区 别 在 ， 克 氏 表 述 指 出 ： 热 传 导 过 程 是 不 可 逆 的 ； 开 氏表 述 指 出 ： 功 变 热 （ 确 切 地 说 ， 是 机 械 能 转 化 为 内
5、 能 )的 过 程 是 不 可 逆 的 。 两 种表 述 均 指 出 在 自 然 界 中 任 何 的 过 程 都 不 可 能 自 动 地 复 原 ， 要 使 系 统 从 终 态 回 到初 态 必 需 借 助 外 界 的 作 用 ， 不 可 能 做 到 “不 引 起 其 他 变 化 ”。 热 力 学 第 二 定 律 是一 条 关 于 方 向 性 的 定 律 ， 开 尔 文 曾 据 此 推 测 宇 宙 内 所 有 的 变 化 都 会 沿 着 有 去 无 回的 方 向 进 展 ， 他 提 出 “时 间 是 有 箭 头 的 ”， 这 也 是 最 初 的 用 热 力 学 对 生 命 本 质 做出 的 解
6、 释 。下 面 我 们 来 讨 论 一 下 常 见 电 器 的 工 作 原 理 。1. 高 压 锅 工 作 原 理 ： 密 封 在 高 压 锅 里 面 的 水 经 加 热 慢 慢 达 到 对 应 的 温 度 压力 下 的 饱 和 水 ， 这 个 过 程 为 预 热 阶 段 ， 所 吸 收 的 热 量 称 为 液 体 热 。 继 续 加 热 处于 湿 蒸 汽 状 态 ， 在 此 过 程 中 对 应 的 温 度 压 力 不 变 ， 称 为 饱 和 压 力 和 饱 和 温 度 ，一 直 到 高 压 锅 里 面 的 水 加 热 成 干 饱 和 蒸 汽 ， 这 个 过 程 称 为 气 化 阶 段 ， 所
7、 吸 收 的热 量 称 为 汽 化 潜 热 。 继 续 对 干 饱 和 蒸 汽 加 热 ， 达 到 过 热 状 态 ， 即 得 到 过 热 蒸 汽 。这 主 要 是 高 压 锅 内 部 水 和 水 蒸 气 的 变 化 情 况 。 每 个 高 压 锅 都 有 对 应 的 工 作 压 力和 压 力 释 放 阀 动 作 值 ， 也 就 是 说 过 热 蒸 汽 继 续 加 热 ， 压 力 阀 外 部 压 力 和 重 力 之 和与 内 部 气 体 的 压 力 相 平 衡 的 时 候 就 会 将 压 力 阀 间 歇 性 的 顶 起 来 ， 在 内 外 压 力 差 变化 的 时 候 内 部 高 温 高 压
8、蒸 汽 不 断 地 排 出 去 ， 里 面 的 蒸 汽 比 容 将 会 随 着 时 间 的 加 长增 大 ， 里 面 的 食 物 主 要 是 靠 着 一 定 时 间 的 高 温 高 压 蒸 汽 的 作 用 煮 烂 煮 熟 。2.空 调 制 冷 原 理 ： 空 调 也 是 我 们 生 活 中 随 处 可 见 的 制 冷 制 热 器 。 它 主 要 是 利用 工 质 在 压 缩 膨 胀 过 程 中 吸 热 放 热 来 实 现 制 冷 制 热 的 。 空 调 器 通 电 后 ， 制 冷 系 统内 制 冷 剂 的 低 压 蒸 汽 被 压 缩 机 吸 入 并 压 缩 为 高 压 蒸 汽 后 排 至 冷
9、凝 器 。 同 时 轴 流风 扇 吸 入 的 室 外 空 气 流 经 冷 凝 器 ， 带 走 制 冷 剂 放 出 的 热 量 ， 使 高 压 制 冷 剂 蒸 汽凝 结 为 高 压 液 体 。 高 压 液 体 经 过 过 滤 器 、 节 流 机 构 后 喷 入 蒸 发 器 ， 并 在 相 应 的低 压 下 蒸 发 ， 吸 取 周 围 的 热 量 。 同 时 贯 流 风 扇 使 空 气 不 断 进 入 蒸 发 器 的 肋 片 间进 行 热 交 换 ， 并 将 放 热 后 变 冷 的 空 气 送 向 室 内 。 如 此 室 内 空 气 不 断 循 环 流 动 ，达 到 降 低 温 度 的 目 的 。
10、3.热 泵 制 热 工 作 原 理 ： 热 泵 制 热 是 利 用 制 冷 系 统 的 压 缩 冷 凝 器 来 加 热 室 内 空气 。 空 调 器 在 制 冷 工 作 时 ， 低 压 制 冷 剂 液 体 在 蒸 发 器 内 蒸 发 吸 热 而 高 温 高 压 制冷 剂 在 冷 凝 器 内 放 热 冷 凝 。 热 泵 制 热 是 通 过 电 磁 换 向 ， 将 制 冷 系 统 的 吸 排 气 管位 置 对 换 。 原 来 制 冷 工 作 蒸 发 器 的 室 内 盘 管 变 成 制 热 时 的 冷 凝 器 ， 这 样 制 冷 系统 在 室 外 吸 热 向 室 内 放 热 ， 实 现 制 热 的
11、目 的 。4.电 冰 箱 的 工 作 原 理 ： 以 单 门 电 冰 箱 为 例 ， 电 冰 箱 由 箱 体 、 制 冷 系 统 、 控 制系 统 和 附 件 构 成 。 在 制 冷 系 统 中 ， 主 要 有 压 缩 机 、 冷 凝 器 、 蒸 发 器 和 毛 细 管 节 流器 四 部 分 ， 自 成 一 个 封 闭 的 循 环 系 统 。 其 中 蒸 发 器 安 装 在 电 冰 箱 内 部 的 上 方 ， 其他 部 件 安 装 在 电 冰 箱 的 背 面 。 系 统 里 充 灌 了 一 种 叫 “氟 里 昂 ”的 物 质 作 为 制 冷 剂 ，在 零 下 29.8 就 蒸 发 变 成 气
12、体 ， 同 时 吸 收 冰 箱 内 的 热 量 。 氟 里 昂 在 蒸 发 器 里 由低 压 液 体 汽 化 为 气 体 ， 吸 收 冰 箱 内 的 热 量 ， 使 箱 内 温 度 降 低 。 因 此 放 入 冰 箱 内的 任 何 食 品 ， 都 要 被 它 吸 走 热 量 而 降 低 温 度 。 当 压 缩 机 运 转 后 ， 变 成 气 态 的 氟 里昂 被 压 缩 机 吸 入 ， 靠 压 缩 机 做 功 把 它 压 缩 成 高 温 高 压 的 气 体 ， 再 排 入 冷 凝 器 。在 冷 凝 器 中 氟 里 昂 不 断 向 周 围 空 间 放 热 ， 逐 步 凝 结 恢 复 成 液 体
13、。 这 些 高 压 氟 里 昂液 体 经 过 过 滤 器 过 滤 后 ， 又 穿 过 只 有 几 根 头 发 丝 粗 细 的 毛 细 管 回 到 蒸 发 器 。 高压 液 态 的 氟 里 昂 一 进 入 蒸 发 器 ， 体 积 突 然 膨 胀 ， 又 迅 速 地 吸 热 汽 化 。 就 这 样 ，冰 箱 利 用 电 能 做 功 ， 借 助 制 冷 剂 氟 里 昂 的 物 态 变 化 ， 如 此 周 而 复 始 地 循 环 ， 使 冰箱 内 温 度 降 低 到 需 要 的 数 值 ， 以 达 到 制 冷 目 的 。 冰 箱 里 有 个 感 温 器 件 ， 紧 贴 在 蒸发 器 的 表 面 。 当
14、 压 缩 机 停 机 时 ， 由 于 蒸 发 器 表 面 温 度 回 升 ， 感 温 器 件 就 推 动 相应 的 机 构 ， 接 通 压 缩 机 电 机 的 电 路 ， 压 缩 机 开 始 工 作 ； 温 度 下 降 到 需 要 值 时 ，压 缩 机 即 停 机 。 通 过 对 压 缩 机 的 开 停 控 制 ， 实 现 自 动 控 制 温 度 。5. 太阳能热水器的制热原理： 太阳能热水器是利用太阳能来加热的热水器。如果把水作为加热物体，经过太阳光线照射，使水分子得到较多的动能，从而使分子运动加剧，水的温度就会提高，太阳能热水器就是根据这个原理制成的。太阳能热水器利用多个真空玻璃管集热，管
15、上都涂有黑色物质，让集热管能吸收更多的太阳能，管中的冷水经过太阳光线的照射（主要是太阳光中的红光和红外线） ，使水分子得到较多的动能，从而使分子运动加剧，水的温度就会提高，从而使管中的水加热，热水上流，输入贮水器内，贮水器内的冷水流入加热管中，再被加热，如此循环，贮水器内再由管道输出供用户使用。将加热管做成双层玻璃真空管，使吸收进来的太阳能（热能）减少传导或辐射损失，大大提高了太阳能的吸收效率。参考文献： 1热物理学基础M 包科达 著 北京高等教育出版社， 2001 2热力学统计物理(第 3 版)M 汪志诚 著 北京高等教育出版社 .20033 大学物理上册（第 2 版） 芶秉聪 胡海云 主编 国防工业出版社.2010.
