基础物理教程

为了解释不可逆的热力学过程，科学家们提出了热力学第二定律。热力学第二定律解释了宇宙中哪些过程可以发生，哪些过程不可能发生。一位名叫罗伯特·尤利乌斯·克劳修斯（1822-1888）的科学家曾发表过如下论述：

热量自然地从高温物体传递到低温物体；热量自然地不会从低温物体传递到高温物体（热力学第二定律——克劳修斯的表述）。

克劳修斯表述是热力学第二定律的特殊表述之一。之所以称之为特殊表述，是因为它仅适用于与热传递相关的特定过程。由于该表述与其他过程无关，我们需要一个更一般的表述。热力学第二定律一般表述的建立基于对热机的研究。因此，我们首先讨论热机产生的热量。

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文章热力学过程：等温、绝热、等容、等压

热力学过程有四种，分别是等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程。

等温过程（恒温）

在等温过程中，系统温度保持恒定。理论上，所分析的系统为理想气体。理想气体的温度与理想气体的内能成正比（U = 3/2 n RT）。由于温度 T 不变，因此内能 U 也不变。因此，若将热力学第一定律应用于等温过程，则该定律变为：

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热力学过程

热量（Q）是指由于温差而从一个物体传递到另一个物体的能量。就系统和环境而言，热量是指由于温差而从系统传递到环境或从环境传递到系统的能量。如果系统温度高于环境温度，热量将从系统流向环境；如果环境温度高于系统温度，则热量将从环境流向系统。

热量 (Q) 是由于温差而发生的能量转移，而功 (W) 则与能量通过做功而发生的转移有关。例如，如果系统对环境做功，则能量从系统转移到环境。反之，如果环境对系统做功，则能量从环境转移到系统。

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非弹性碰撞

动能守恒定律不适用于非弹性碰撞。动量守恒定律适用于非弹性碰撞，但前提是碰撞的两个物体不受任何外力作用。在非弹性碰撞中，两个物体碰撞后会粘在一起或相互连接。

例题1.

两个物体的质量相同，均为 1 kg。物体 1 在水平面上以 10 m/s 的速度运动，并与静止的物体 2 发生碰撞。碰撞后，两个物体粘在一起。碰撞后两个物体的速度是多少？

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部分弹性碰撞

在部分弹性碰撞中，动量守恒定律适用，而动能守恒定律不适用。碰撞发生时，部分动能转化为声能、热能和内能。“弹性”一词表明碰撞后两个物体不会粘在一起，而是会反弹。

部分弹性碰撞的一个例子是两个弹珠或两个台球的一维碰撞。

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动量守恒

动量守恒定律指出，如果没有外力作用于两个碰撞物体，则碰撞前物体的动量等于碰撞后物体的动量。

p1 ₊ p2 = p1 _' + p2 _' ………………….. 公式_1.4

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = m ₁ v ₁ ' + m ₂ v ₂ '

如果碰撞后两个物体粘在一起，

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

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完全弹性碰撞

如果两个物体碰撞前后，每个物体的动量或动能分别相等，则称这种碰撞为完全弹性碰撞。换句话说，动量守恒定律和动能守恒定律都适用于完全弹性碰撞。“弹性”一词表明，碰撞后两个物体不会粘在一起，而是相互弹开。每个物体的动量都守恒。

每个物体的动量守恒。

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功-机械能原理

动能定理指出，合力所做的功等于动能的变化。

W _net = TO _t – TO _o = 1⁄2 m(v _t ² – v _o ² )

净_功= 力分为两种类型：保守力和非保守力。因此，净功可以认为是由保守力所做的功和非保守力所做的功组成。

W _{_c} + W_{_nc} = ΔKE

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保守力所做的功 势能

观察一个物体垂直向上运动，到达最高点后返回初始位置的过程。当物体垂直向上运动时，重力对物体做负功。物体向上运动时，其高度增加。因此，物体的重力势能也随之增加。由此可以得出结论：重力所做的负功等于物体重力势能的增加量。

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保守力量和非保守力量

1. 保守力量

1.1 重量 (w)

观察一个物体，它先垂直向上运动，到达最高点后向下运动回到初始位置。当物体垂直向上运动高度为 h 时，重力方向与位移方向相反。因此，重力对物体做负功。 

W = wh (cos 180 ^° ) = – wh = – mgh

物体到达最高点后，向下运动距离 h，回到初始位置。向下运动时，重力方向与位移方向相同。由于重力方向与位移方向相同，因此重力做正功。

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