基礎物理教程

為了解釋不可逆的熱力學過程，科學家提出了熱力學第二定律。熱力學第二定律解釋了宇宙中哪些過程可以發生，哪些過程不可能發生。一位名叫羅伯特·尤利烏斯·克勞修斯（1822-1888）的科學家曾發表過以下論述：

熱量自然地從高溫物體傳遞到低溫物體；熱自然不會從低溫物體傳遞到高溫物體（熱力學第二定律－克勞修斯的表述）。

克勞修斯表述是熱力學第二定律的特殊表述之一。之所以稱之為特殊表述，是因為它只適用於與熱傳遞相關的特定過程。由於該表述與其他過程無關，我們需要一個更一般的表述。熱力學第二定律一般表述的建立是基於對熱機的研究。因此，我們首先討論熱機產生的熱量。

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文章熱力學過程：等溫、絕熱、等容、等壓

熱力學過程有四種，分別是等溫過程、等容過程、等壓過程、絕熱過程。

等溫過程（恆溫）

在等溫過程中，系統溫度保持恆定。理論上，所分析的系統為理想氣體。理想氣體的溫度與理想氣體的內能成正比（U = 3/2 n RT）。由於溫度 T 不變，因此內能 U 也不變。因此，若將熱力學第一定律應用於等溫過程，則該定律變為：

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熱力學過程

熱量（Q）是指由於溫差而從一個物體傳遞到另一個物體的能量。就係統和環境而言，熱量是指由於溫差而從系統傳遞到環境或從環境傳遞到系統的能量。如果系統溫度高於環境溫度，熱量將從系統流向環境；如果環境溫度高於系統溫度，則熱量將從環境流向系統。

熱 (Q) 是由於溫差而發生的能量轉移，而功 (W) 則與能量透過做功而發生的轉移有關。例如，如果系統對環境做功，則能量從系統轉移到環境。反之，如果環境對系統做功，則能量從環境轉移到系統。

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非彈性碰撞

動能守恆定律不適用於非彈性碰撞。動量守恆定律適用於非彈性碰撞，但前提是碰撞的兩個物體不受任何外力作用。在非彈性碰撞中，兩個物體碰撞後會黏在一起或相互連接。

例題1.

兩個物體的質量相同，均為 1 kg。物體 1 在水平面上以 10 m/s 的速率運動，並與靜止的物體 2 發生碰撞。碰撞後，兩個物體黏在一起。碰撞後兩個物體的速度是多少？

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部分彈性碰撞

在部分彈性碰撞中，動量守恆定律適用，而動能守恆定律不適用。碰撞發生時，部分動能轉化為聲音能量、熱能和內能。 「彈性」一詞表示碰撞後兩個物體不會黏在一起，而是會反彈。

部分彈性碰撞的例子是兩個彈珠或兩個撞球的一維碰撞。

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動量守恆

動量守恆定律指出，如果沒有外力作用於兩個碰撞物體，則碰撞前物體的動量等於碰撞後物體的動量。

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

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

如果碰撞後兩個物體黏在一起，

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

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完全彈性碰撞

若兩個物體碰撞前後，每個物體的動量或動能分別相等，則稱這種碰撞為完全彈性碰撞。換句話說，動量守恆定律和動能守恆定律都適用於完全彈性碰撞。 「彈性」一詞表明，碰撞後兩個物體不會黏在一起，而是互相彈開。每個物體的動量都守恆。

每個物體的動量守恆。

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功-機械能原理

動能定理指出，合力所做的功等於動能的變化。

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

淨_功= 力分為兩種：保守力和非保守力。因此，淨功可以認為是由保守力所做的功和非保守力所做的功所組成。

W _{_c} + W_{_nc} = ΔKE

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保守力所做的功 位能

觀察物體垂直向上移動，到達最高點後返回初始位置的過程。當物體垂直向上移動時，重力對物體做負功。物體向上移動時，其高度增加。因此，物體的重力位能也隨之增加。由此可以得出結論：重力所做的負功等於物體重力位能的增加量。

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保守力量與非保守力量

1. 保守力量

1.1 重量（w）

觀察一個物體，它先垂直向上移動，到達最高點後向下移動回到初始位置。當物體垂直向上運動高度為 h 時，重力方向與位移方向相反。因此，重力對物體做負功。 

W = wh (cos 180 ^° ) = – wh = – mgh

物體到達最高點後，向下移動距離 h，回到初始位置。向下移動時，重力方向與位移方向相同。由於重力方向與位移方向相同，因此重力做正功。

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