热力学第一定律
thermodynamics，first law of
　　普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。
　　表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，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Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量 Q 和系统对外界作功A之差，即
　　UⅡ－UⅠ＝ΔU＝Q－A或Q＝ΔU＋A这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU ＝Q－A＋Z。当然，上述ΔU、A、Q、Z 均可正可负 。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为
　　dQ＝dU＋dA因U是态函数，dU 是全微分；Q、A是过程量，dQ 和 dA只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。又因ΔU或 dU 只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。
　　热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。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。

热力学第二定律
thermodynamics，second law of
　　关于一切涉及热现象的实际宏观过程方向的热力学定律。它指出，一切涉及热现象的实际宏观过程都是不可逆过程。
　　机械运动、电磁运动中的各种不涉及热现象的过程都是可逆的，可以正向进行，也可以逆向进行，逆过程的每一步都与正过程相同，只是次序相反。但是，功变热量、热传导、自由膨胀等涉及热现象的过程却都不能自动地逆向进行，使系统和外界完全复原。热机把热变为功，热力学第一定律断言其效率不可能大于1，但能否接近或达到100％呢？换言之，物体的机械能可以通过摩擦、阻尼、内耗等方式自发地全部转化为系统的内能；反之，系统的内能能否自发地转化为机械能而不产生其他影响呢？卡诺定理指出，这是不可能的 ，因为存在着某种理论上的限制。由此可见，尽管热量和功都是传递的能量，都是过程量，可按热功当量换算；但也有重要的区别，作功是通过系统整体的宏观位移实现的，传热则是通过组成系统的大量分子的无规则热运动和相互之间的作用实现的。热功转换是系统内分子无规则热运动能量与系统有规则整体运动能量之间的转换。这种转换不仅在总量上要守恒以满足热力学第一定律，而且还必须在转换的方向和限度上受到限制。这正是热运动区别于其他运动形式的特殊本质。热力学第二定律就是这一特征的概括。
　　热力学第二定律有多种表述方式，常用的是以下两种 。①开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。或第二类永动机是不可能造成的。第二类永动机是能从单一热源吸取热量并使之完全变为有用的功而不产生其他影响的机器。虽然，它并不违反第一定律。②克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。这两种表述分别揭示了热功转换过程和热传导过程的不可逆性。可以证明两种表述完全等价 。这表明，各种不可逆过程具有深刻的内在联系。因此，可以选用任何一种特殊的不可逆过程来表述普遍的规律。无论采用何种表述，热力学第二定律的实质是指明，在一切涉及热现象的实际宏观过程中，能量转换或传递的方向、条件和限度。
　　态函数熵为热力学第二定律提供了定量表述，熵的微观含义揭示了热力学第二定律的微观本质和统计意义。

热力学第三定律
thermodynamics，third law of
　　通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。
　　1906年W.H.能斯脱在实验的基础上提出：当温度趋近于绝对零度(0K)时，凝聚物系等温过程的熵变ΔS也趋近于零：

此即能斯脱热定理 ，也可看 作是第三定律 最 早的表述形式。它意味着，当温度趋近于0K时，所有凝聚物系的熵值趋近于一个相同的极限值。1912年M.普朗克在能斯脱热定理的基础上，进一步假设当温度趋近于0K时，所有纯液体和纯固体的熵值为零。然而后来的实验事实和统计热力学对熵的讨论都表明，有些纯态物质(如过冷液体和某些固态化合物)在温度趋近0K时，仍有一个正的熵值。因此G.N.路易斯和M.兰德尔将普朗克的假设修正为：在0K时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。所谓完美晶体是指系统内部已经处于热力学平衡的晶体，因此热力学第三定律又可表述为：对于热力学系统中每一个达成内部平衡的方面来说，它对系统的熵的贡献一定会随热力学温度同趋于零。
　　根据热力学第三定律，欲求纯物质在某指定状态下的熵值，只要利用热容、相变焓等热力学数据，计算出此物质从绝对零度的完美晶体至指定状态下的熵变 ΔS ，即为该状态下此物质的熵值，称为规定熵或第三定律熵。在温度为 T 时，处于标准状态的单位物质的量的物质 B 的规定熵称为在此温度下物质B的标准摩尔熵，记作(B，T)。常见物质在 298K的值可自手册上查到。
　　1940 年R.H.否勒和 E.A.古根海姆还提出热力学第三定律的另一种表述形式：任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K，称为0K不能达到原理。此原理和前面所述及的热力学第三定律的几种表述是相互有联系的。但在化学热力学中，多采用前面的表述形式。


老西忘了重要的一条，我给你补上：
热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，那么它们也必定处于热平衡。
热力学第零定律于1930年由福勒(R.H.Fowler)正式提出，比热力学第一定律和热力学第二定律晚了80馀年。虽然这么晚才建立热力学第零定律，但实际上之前人们已经开始应用它了。因为它是後面几个定律的基础，在逻辑上应该排在最前面，所以叫做热力学第零定律。

库仑定律

Coulomb's law

　　静止点电荷相互作用的规律。1785年，C.A.de库仑由扭秤实验得出，在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比，与电量乘积成正比，作用力的方向沿连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。又称静电力平方反比律。设两点电荷的电量分别为q１和q２ ，从q１指向q２的径矢为r ，则q１对q２的静电力为

　　上式采用国际单位制（SI），式中ε0＝8.854187817×10-12库2／（牛·米2）是真空电容率（或称真空介电常量）。

　　库仑定律和场强叠加原理解决了带电体相互作用的问题，由它们导出的高斯定理和环路定理决定了静电场的性质，这两个定理的推广形式是麦克斯韦方程组的重要组成部分。因此，库仑定律不仅是静电学而且是整个电磁学的基础。

　　由于静电力平方反比律在电磁学中的重要性，更由于它还与光子静质量是否为零等近代课题直接相关，引起了人们对其精度的关注。扭秤实验是直接测量，精度难以提高，静电力平方反比律的精确验证依赖于间接的示零实验。把静电力与距离r的关系表为f∝r-2±d ，δ是偏离平方反比律的修正数。对于带电的导电球壳 ，当δ＝0时，导体内表面不带电，当δ≠0时，内表面带电 ，所带电量与δ的大小 、导体充电的多少以及导体球壳内外半径有关。精确检测内表面的电量，即可确定δ值。1971 年E.R.威廉斯等的结果是δ＜（2.7±3.1）×10-16 ，静电力平方反比律已经成为物理学最精确的实验定律之一。另外，物理实验和地球物理实验表明，在距离为10-15米到1011米的范围内，库仑定律适用。

电荷守恒定律

law of conservation of charge

　　在一个孤立系统中正、负电荷的代数和保持为恒值。这个结论是根据B.富兰克林的摩擦起电实验和M.法拉第的静电感应起电实验得出的。

　　法拉第的实验是使用一个绝缘的金属桶连接到金箔验电器，此时验电器上没有指示。如果将绝缘丝线悬挂的带有电荷的金属小球逐渐伸入桶内而不与桶壁接触，则验电器的指示将逐渐增大并最后稳定在某一指示上。如果将金属球提出桶外，验电器的指示就又恢复为零。这说明在上述过程中，金属桶的外表面上所带电荷始终与内表面所带电荷符号相反而数量相等，即其代数和保持不变。

　　电荷守恒定律的数学表示为


式中J 为电流密度，ρ为电荷的体积密度,V 为由闭合面S 所包围的体积。此式表明在闭合面上各处流出的总电流，等于在闭合面所包围的容积中总电荷的时间减少率，或者说电荷是守恒的。

　　若将上述积分公式应用到空间任意处的容积元素上，并取其趋近于零的极限，则得出电荷守恒定律的微分形式的表达式


采用算符

上式可简记为


它是宏观电磁理论的基本方程式之一。

楞次定律 Lenz's law

确定感应电流方向的定律 。1834 年由物理学家 H.F.E.楞次提出。它指出，闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所产生的磁场阻止引起感应电流的 磁 通 量的变化 。据此，首先判明穿过闭合回路的磁力线的方向，以及磁通量发生了什么变化（增加还是减少），然后根据楞次定律，可确定感应电流产生的磁场的方向，最后根据右手螺旋定则确定感应电流的方向。楞次定律还可表为，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。所谓效果，既可理解为感应电流所产生的磁场，也可理解为因出现感 应电流 而引起的机械 作用 。所谓原因，既可指磁通量的变化，也可指引起磁通量变化的相对运动或回路的形变，在有些问题中并不要求具体确定感应电流的方向，而只需要定性判明感应电流引起的机械效果，则用此种表述更为方便。楞次定律与能量守恒定律相符，它是能量守恒定律应用于判断感应电流方向的必然结果。楞次定律的实质是判断感应电动势的方向（感应电动势是标量 ，本无方向可言 ， 这里 ，确切地应说非静电力的方向），只在纯电阻电路中，感应电动势和感应电流的方向才完全一致。

法拉第电磁感应定律
Faraday’s law of electromagnetic induction
电磁感应现象的定量规律。它指出，闭合回路中感应电动势的大小等于通过该回路的磁通量变化率的负值，即


式中

是通过以闭合回路为边界的任意曲面的磁通量，式中的负号可用以确定闭合回路中感应电流的方向 。在规定回路绕行方向后，按右手螺旋定则确定曲面的法线方向n。若B与n夹角为锐角 ，ΦB取正值；为钝角 ，ΦB取负值。然后，根据磁通量的实际变化情况，确定的正负 ，再由定律可知的正负 。若为正值 ，表示构成感应电动势的非静电力的方向与回路绕行方向一致 ；为负值，相反。由非静电力的方向即可确定回路中感应电流的方向。
　　法拉第不仅发现了电磁感应现象，并进行了广泛深入的研究 ，但未给出定量规律 。上述定律是 F. E.诺埃曼和 W.E.韦伯先后独立给出的。由于法拉第的卓越贡献，电磁感应定律以他的名字命名是十分恰当的。

毕奥－萨伐尔定律

Biot-Savart law

　　稳恒电流激发磁场的基本规律。真空中，稳恒电流元矢量Idl在空间一点P所引起的磁感应强度dB为


式中dl为载流导线上的线元,dl沿着其中电流的方向，r为电流元到P点的矢径，µ0＝4π×10-7H/m（亨利/米）是真空磁导率。磁感应强度B的大小dB为

式中θ为电流元矢量Idl和矢径r间的夹角。若I的单位为安培,dl和r的单位为米，则dB的单位为特斯拉。dB的方向垂直于电流元和矢径的平面，其指向由右手定则决定，当右手四指由Idl经小于π之角转向r时,伸直大拇指的指向就是dB的方向，如图所示。
整个稳恒电流回路L在P点引起的磁感应强度B等于其中各个电流元所引起的磁感应强度dB的矢量叠加，即

式(1)、式(2)是毕奥－萨伐尔定律的微分形式，式(3)是该定律的积分形式。这个定律是讨论稳恒电流的磁场性质和计算其磁场分布的基础。

　　当回路周围有媒质存在时，媒质经磁化产生的磁化电流对空间的磁场也有贡献,因此式(3)的积分还应遍及所有磁化电流元。不过除铁磁、反铁磁或亚铁磁性材料外，一般媒质磁化所产生的磁效应极弱。所以，对于一般媒质，可不考虑磁化电流的贡献,式(3)仅需对传导电流积分。

　　运动电荷也激发磁场。当匀速运动电荷的速度远小于光速с时，其相应的磁感应强度为

式中q是电荷的电量，v是电荷的速度,r是电荷所在处到场点的矢径。此式和式(1)形式上相同，表明毕奥－萨伐尔定律是对低速运动电荷才成立的近似定律。

　　1820年，H.C.奥斯特发现电流磁效应后不久，J.-B.毕奥和F.萨伐尔用实验方法得出长直电流对磁极的作用力同距离成反比。不久，P.S.M.拉普拉斯把载流回路对磁极的作用看成是其各个电流元的作用的矢量和，从他们的实验结果,倒推出与式(1)类似的电流元的磁场公式。由于该定律的主要实验工作由毕奥、萨伐尔完成，所以通常称它为毕奥－萨伐尔定律。差不多同时,A.-M.安培设计了四个精巧的实验来研究稳恒电流回路之间的相互作用。安培把这种作用看成是电流元之间作用力的叠加，从理论上推得了普遍表达式。由于稳恒电流元不能孤立存在，相应微分式只有对回路积分后才能与实验结果相比较;因此,还可以选用相差一个积分为零的项的不同公式满足某个附加条件。安培在超距作用观点指导下，假定了电流元之间的相互作用遵循牛顿第三定律，然而这个假定与非稳定情况下的实验事实不符。为了电磁理论的自洽，去掉这个假定，则二个电流元之间的作用力公式成为


中r12表示由I1dl1指向 I2dl2的矢径，dF12是电流元I1dl1对I2dl2的作用力。此式称为安培定律。按照场的观点，可把式(5)中I2dl2看成试探电流元,把式(5)拆成两个公式，得　　dF2＝I2dl2×B, (6)


式(6)通常称为安培力公式，可以看成B的定义，式(7)即毕奥－萨伐尔定律。

安培定律Ampere's law

电流相互作用的规律。电流元I1dl1对相距r12的另一电流元I2dl2的作用力df12为
式中dl1、dl2的方向都是电流的方向；r12是从I1dl1指向I2dl2的径矢。安培定律可分为两部分。其一是电流元Idl（即上述I1dl1）在r（即上述r12）处产生的磁场为

这是毕-萨-拉定律。其二是电流元Idl（即上述I2dl2）在磁场B中受到的作用力df（即上述df12）为 df＝Idl×B 这是安培力公式。


A.-M.安培（1775～1836）演示电流作用力的仪器（复制品）

在H.C.奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下 ，A.-M.安培认识到磁现象的本质是电流 ，把涉及电流 、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用，提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元无法直接测量的困难 ，安培 精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析，得出了结果。但由于安培对电磁作用持超距作用观念，曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设，期望遵守牛顿第三定律，使结论有误。上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设，经修正后的结果。应按近距作用观点理解为，电流元产生磁场，磁场对其中的另一电流元施以作用力。

安培定律与库仑定律相当，是磁作用的基本实验定律 ，它决定了磁场的性质，提供了计算电流相互作用的途径。

高斯定理
Gauss theorem
　　矢量分析的重要定理之一。它给出，矢量场通过任意闭合曲面的通量（面积分）等于该矢量场的散度在闭合曲面所包围体积内的积分（体积分）。如果通量恒为零，则矢量场是无源场亦称无散场；如果通量可以不为零，则矢量场是有源场亦称有散场。高斯定理是比较、区别各种矢量场特征的重要手段之一。
　　电场的高斯定理 高斯定理是静电场的基本方程之一。它给出，通过任一闭合曲面的电通量正比于该闭合曲面内电荷的代数和，即


式中V是S包围的体积；在真空中，是V内自 由电荷 的代数和，在有电介质时，
V内自由电荷和极化电荷的代数和 。

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洛伦兹力
Lorentz force
　　磁场对运动点电荷的作用力。1895年荷兰物理学家H.A.洛伦兹建立经典电子论时，作为基本假设提出来的，现已为大量实验证实。洛伦兹力的公式是f＝q·v×B。式中q、v 分别是点电荷的电量和速度 ；B 是点电荷所在处的磁感应强度。洛伦兹力的大小是 f＝｜q｜vBsinθ ，其中θ是 v和B的夹角。洛伦兹力的方向循右手螺旋定则垂直于v和B构成的平面，为由v转向B的右手螺旋的前进方向（ 若q为负电荷，则反向 ）。由于洛伦兹力始终垂直于电荷的运动方向，所以它对电荷不作功，不改变运动电荷的速率和动能，只能改变电荷的运动方向使之偏转。
　洛伦兹力既适用于宏观电荷，也适用于微观荷电粒子 。电流元在磁场中所受安培力就是其中运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。导体回路在恒定磁场中运动，使其中磁通量变化而产生的动生电动势也是洛伦兹力的结果，洛伦兹力是产生动生电动势的非静电力。
　如果电场E和磁场B并存，则运动点电荷受力为电场力和磁场力之和，为f＝q（E＋v×B），左式一般也称为洛伦兹力公式。
　　洛伦兹力公式和麦克斯韦方程组以及介质方程一起构成了经典电动力学的基础。在许多科学仪器和工业设备，例如β谱仪，质谱仪，粒子加速器，电子显微镜，磁镜装置，霍耳器件中，洛伦兹力都有广泛应用。
　　值得指出的是，既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力对运动电荷不作功，何以安培力能对载流导线作功呢？实际上洛伦兹力起了传递能量的作用，它的一部分阻碍电荷运动作负功，另一部分构成安培力对载流导线作正功，结果仍是由维持电流的电源提供了能量。

麦克斯韦方程组

Maxwell's equations

描述电磁场性质、特征和运动规律的一组方程。19世纪中叶，描述电磁现象的基本实验规律：库仑定律、毕-萨-拉定律、安培定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等已经先后得出，建立统一电磁理论的课题摆在了物理学家面前。

以W.韦伯、F.E.诺埃曼为代表的超距作用电磁理论把各种电磁作用归结为库仑力和运动电荷之间的作用力(韦伯力)，认为是超越空间无需媒质传递也无需传递时间的直接作用 。这种理论虽然统一地解释了静电现象、电流相互作用和电磁感应，但是既未能提出任何有价值的预言，又存在机制上的根本困难，终于成为历史的遗迹。

J.C.麦克斯韦继承了M.法拉第的近距作用观点，认为电磁作用是以场为媒介传递的，需要传递时间，把客观存在的场作为研究对象，从而开辟了物理学研究的新天地。麦克斯韦审查了当时已知的全部电磁学定律、定理的基础，提取了其中带有普遍意义的内容，拓宽了它们的成立条件。麦克斯韦提出了有旋电场的概念和位移电流的假设，揭示了电磁场的内在联系和相互依存，完成了建立电磁场理论的关键性突破。麦克斯韦熟练地运用了当时正在发展的矢量分析，找到了表述电磁场 （ 空间连续分布的客体 ）的适当数学工具 。1865年麦克斯韦终于建立了包括电荷守恒定律、介质方程以及电磁场方程在内的完备方程组。后经H.R.赫兹、O.亥维赛、H. A. 洛伦兹 等人进一步的加工 ， 得出了下述 电磁场 方程组——麦克斯韦方程组 (采用国际单位制):

式中左、右列分别是方程组的积分 、微分形式 ； E、B 、D、H分别是描述电场(指带电体产生的电场与变化磁场产生的有旋电场之和)和磁场(指电流产生的磁场与变化电场即位移电流产生的磁场之和 )的电场强度 、磁感应强度、电位移、磁场强度 ；q、ρ为自由电荷、自由电荷体密度 ；I、J为传导电流强度和传导电流密度。四个公式分别是电场、磁场的高斯定理、电磁感应定律以及安培环路定理。成立条件拓宽了，最为关键的是第四式中补充了位移电流密度

和E、B和H、J 和 E的关系称为介质方程，对于线性各向同性介质，介质方程为：

式中ε、μ、σ分别是介质的电容率 ( 介电常量 )、磁导率和电导率。介质方程与上述电磁场方程组联立，构成完备的方程组。

麦克斯韦方程组关于电磁波等的预言为实验所证实，证明了位移电流假设和电磁场理论的正确性。这个电磁场理论对电磁学、光学、材料科学以及通讯、广播、电视等等的发展都产生了广泛而深远的影响。它是物理学中继牛顿力学之后的又一伟大成就。