第14章熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、熱學(xué)熱學(xué)研究熱現(xiàn)象規(guī)律的科學(xué)研究熱現(xiàn)象規(guī)律的科學(xué)熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象一切與溫度有關(guān)的現(xiàn)象（一切與溫度有關(guān)的現(xiàn)象（宏觀宏觀）大量微觀粒子無規(guī)則的運(yùn)動（大量微觀粒子無規(guī)則的運(yùn)動（微觀微觀）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Ｐ推毡樾院涂尚判云毡樾院涂尚判?研究熱現(xiàn)象的兩種理論研究熱現(xiàn)象的兩種理論1. 熱力學(xué)熱力學(xué)宏觀理論宏觀理論熱力學(xué)三大定律熱力學(xué)三大定律2.統(tǒng)計統(tǒng)計物理物理微觀理論微觀理論統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法邏輯推理邏輯推理統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律揭示本質(zhì)，受模型局限揭示本質(zhì)，受模型局限一、熱力學(xué)系統(tǒng)一、熱力學(xué)系統(tǒng)外界外界熱力學(xué)所研究的具體對象，熱力學(xué)所研究的具體對象，系統(tǒng)系統(tǒng)，體系體系系統(tǒng)邊界以外的部分，系統(tǒng)邊界以外的部分，環(huán)境環(huán)境開

2、放系統(tǒng)開放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)與外界交換與外界交換粒子粒子 能量能量 0 能量能量 0 0玻璃瓶玻璃瓶絕熱氣缸絕熱氣缸宏觀量宏觀量:如如: 氣體的氣體的 V, P, T.描述系統(tǒng)整體特征的物理量描述系統(tǒng)整體特征的物理量.微觀量微觀量:,mpv如如: 粒子的粒子的系統(tǒng)中描述單個粒子特征的物理量系統(tǒng)中描述單個粒子特征的物理量.宏觀量是微宏觀量是微觀量統(tǒng)計平觀量統(tǒng)計平均的表現(xiàn)均的表現(xiàn)14.1 熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)平衡態(tài)平衡態(tài)：在不受外界影響的條件下，一個系統(tǒng)的宏在不受外界影響的條件下，一個系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)。觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)。任何一個

3、孤立系統(tǒng)，只要經(jīng)過足夠長的時間，必任何一個孤立系統(tǒng)，只要經(jīng)過足夠長的時間，必然將達(dá)到一個平衡態(tài)然將達(dá)到一個平衡態(tài)狀態(tài)參量：狀態(tài)參量：一組狀態(tài)參量一組狀態(tài)參量一個平衡態(tài)一個平衡態(tài)描述描述對應(yīng)對應(yīng)如：如：p, V, T能夠表述熱力學(xué)系統(tǒng)整體狀態(tài)的物理量。能夠表述熱力學(xué)系統(tǒng)整體狀態(tài)的物理量。 一定質(zhì)量的同種氣體處于平衡態(tài)時，可用一定質(zhì)量的同種氣體處于平衡態(tài)時，可用體積體積、壓強(qiáng)壓強(qiáng)、溫度溫度三個宏觀物理量來描述。三個宏觀物理量來描述。二、系統(tǒng)的平衡狀態(tài)二、系統(tǒng)的平衡狀態(tài) 狀態(tài)參量狀態(tài)參量三、三、準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程 系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀

4、態(tài)的過程 初，平衡態(tài)初，平衡態(tài) 中間狀態(tài)中間狀態(tài)末，平衡態(tài)末，平衡態(tài)由一系列近平衡態(tài)組成的理想過程由一系列近平衡態(tài)組成的理想過程通常為非平衡態(tài)通常為非平衡態(tài)若過程進(jìn)行得無限緩慢，則系統(tǒng)在若過程進(jìn)行得無限緩慢，則系統(tǒng)在每一每一時刻都無限接近平衡態(tài)。時刻都無限接近平衡態(tài)。近似平衡過程近似平衡過程準(zhǔn)靜態(tài)過程：準(zhǔn)靜態(tài)過程： 如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼處于熱平衡，則它們彼此處于熱平衡。此處于熱平衡。四、四、熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律處于同一平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有處于同一平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀性質(zhì)，一個共同的

5、宏觀性質(zhì)，定義為定義為 溫度溫度。溫標(biāo)溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示法溫度的數(shù)值表示法熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）用熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對溫標(biāo)）用T 表示表示不依賴于任何物質(zhì)特性的溫標(biāo)不依賴于任何物質(zhì)特性的溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) 用用t 表示表示15.273Tt兩種溫標(biāo)的關(guān)系：兩種溫標(biāo)的關(guān)系：第零定律指出了判別溫度是否相同的方法第零定律指出了判別溫度是否相同的方法用溫度計測溫的依據(jù)用溫度計測溫的依據(jù)14.2 氣體的物態(tài)方程氣體的物態(tài)方程玻意耳定律：玻意耳定律： 當(dāng)一定量氣體在溫度當(dāng)一定量氣體在溫度T保持不變時，其壓強(qiáng)保持不變時，其壓強(qiáng)P與體積與體積 V的乘積等于恒量。的乘積等于恒量。pVmT 恒量（ 與 一定）恒量（

6、 與 一定）蓋蓋-呂薩克定律：呂薩克定律： 當(dāng)一定量氣體在壓強(qiáng)當(dāng)一定量氣體在壓強(qiáng)P保持不變時，其體積保持不變時，其體積V與熱力與熱力學(xué)溫度學(xué)溫度T成正比。成正比。VmpT 恒量（ 與 一定）恒量（ 與 一定）一、理想一、理想氣體氣體查理定律：查理定律： 當(dāng)一定量氣體在體積當(dāng)一定量氣體在體積V保持不變時，其壓強(qiáng)保持不變時，其壓強(qiáng)P與熱與熱力學(xué)溫度力學(xué)溫度T成正比。成正比。pmVT 恒量（ 與一定）恒量（ 與一定）在任何情況下都遵守三條氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體在任何情況下都遵守三條氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體二、理想氣體狀態(tài)方程二、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體從狀態(tài)理想氣體從狀態(tài)I（p1、V1、T1）過渡到狀態(tài)）過渡

7、到狀態(tài)II（p2、V2、T2）112212pVp VTT或或pVT常量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：0273.15TK501.013 10 Pap 1022.4L molV000p VRT118.31 J molK1mol 理想氣體理想氣體質(zhì)量為質(zhì)量為m，摩爾質(zhì)量為，摩爾質(zhì)量為M的的理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程mpVRTM摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù)理想氣體狀態(tài)方程另一種表達(dá)式：理想氣體狀態(tài)方程另一種表達(dá)式：PnkT ANRTNV nkT NkTV 2311.38 10J KARkN2316.02 10 molAN m RTPM V 玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量推導(dǎo)：推導(dǎo)：理想氣體的內(nèi)能：理想氣體的內(nèi)能：理

8、想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，它理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，它是一個狀態(tài)量，只和始、末兩位置有關(guān)，與過程無關(guān)。是一個狀態(tài)量，只和始、末兩位置有關(guān)，與過程無關(guān)。( )UU T2iRT氣體氣體內(nèi)能一般是內(nèi)能一般是T、V 或或 P 的函數(shù)的函數(shù)內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，內(nèi)能與系統(tǒng)狀態(tài)間有一內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，內(nèi)能與系統(tǒng)狀態(tài)間有一一對應(yīng)的關(guān)系。一對應(yīng)的關(guān)系。( ,)UU T VP或14.3 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律一、系統(tǒng)的內(nèi)能一、系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)內(nèi)所有分子系統(tǒng)內(nèi)所有分子(微觀粒子微觀粒子)的無規(guī)熱運(yùn)動動能及的無規(guī)熱運(yùn)動動能及分子間相互作用勢能的總和。分子間相互作用勢能的總和。功功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引

9、起系統(tǒng)熱運(yùn)動狀態(tài)的變化是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運(yùn)動狀態(tài)的變化. .準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計算準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計算ddAF lddAp V21dVVAp VA 0 系統(tǒng)系統(tǒng)對外做功對外做功A 0 Q 0 0 系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)從外界吸收熱量d dA 0 0 系統(tǒng)對外界作正功系統(tǒng)對外界作正功d dU 0 0 系統(tǒng)內(nèi)能增加系統(tǒng)內(nèi)能增加初、末態(tài)是平衡態(tài)初、末態(tài)是平衡態(tài)AUUQ12熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，說明第一類永動機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。定律，說明第一類永動機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程理想氣體理想氣體理想氣體的準(zhǔn)靜態(tài)過程理想氣體

10、的準(zhǔn)靜態(tài)過程VPUQdddVPTRiQddd2ATRiQddd2符號規(guī)定：符號規(guī)定：熱容量熱容量熱容熱容TQCdd摩爾熱容摩爾熱容TQCmdd等壓熱容等壓熱容等容等容( (體體) )熱容熱容等壓摩爾熱容等壓摩爾熱容等容摩爾熱容等容摩爾熱容VmVTQC)(1,ddVVTQC)(ddPmPTQC)(1,ddPPTQC)(ddVPUQdddVVTQC)(ddd()dVUT理想氣體理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程RTiTUU2)(2ViCRRiCmV2,dddVV mUCTvCT理想氣體理想氣體 PPTQC)(ddd()ddPUVPTTdRTPV d()dPVvRTPRCCVPRCCmVmP,邁耶公式邁耶

11、公式,1p mV mV mCRCC ii2RiCmV2,RiCmP) 2(21,VPTCQVdd dTRPVVPddd理想氣體熱力學(xué)第一定律的另一形式理想氣體熱力學(xué)第一定律的另一形式 比熱比熱( (容容) )比比 泊松比泊松比PVTCQPddd,1p mV mCCRiCmV2,14.4 熱力學(xué)第一定律對理想氣體熱力學(xué)過程的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律對理想氣體熱力學(xué)過程的應(yīng)用一、一、 等體過程等體過程恒量V或或2121TTppp2p1p0V特點(diǎn)特點(diǎn):(d0)V d0Ap V熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律吸熱吸熱2iQR T內(nèi)能內(nèi)能2iUR T功功,2V miCRQU V系統(tǒng)吸熱全部用來增加內(nèi)能系統(tǒng)吸熱全部

12、用來增加內(nèi)能 摩爾熱容摩爾熱容二、二、 等壓過程等壓過程特點(diǎn)特點(diǎn):恒量p或或2121TTVVV1V2V02121d()VVAp Vp VVTRTTR)(12,V mUCT21dVVQUp V p又又,p mQCT所以所以RCCmVmp,V mCTR T ,()V mCRT功功(d0)p 內(nèi)能內(nèi)能吸熱吸熱p22iR三、三、 等溫過程等溫過程特點(diǎn)：特點(diǎn)：恒量T或或1 122pVp V0U21dVVAp V0V1V2Vpp1p2由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律AQ dTTQCT(d0)T 功功內(nèi)能內(nèi)能吸熱吸熱21dVVVRTV21lnVRTV熱容量熱容量 系統(tǒng)吸熱全部系統(tǒng)吸熱全部用來對外做功用來對外

13、做功 作功等于過程作功等于過程曲線下的面積曲線下的面積四、四、 絕熱過程絕熱過程特點(diǎn)：特點(diǎn)：d0Q 由由RTpV取全微分取全微分dddp VV pR T由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律ddp VU代入上式代入上式,d()dV mV pCRT以上兩式相除以上兩式相除,ddp mV mCV pp VC ddpVpV 1cpV,dV mCT ,dP mCT 絕熱過程絕熱過程狀態(tài)方程狀態(tài)方程21cTV31cTpV1V2pVO絕熱過程系統(tǒng)對外做功絕熱過程系統(tǒng)對外做功AU1 122()2ipVpVpV0絕熱線絕熱線dQCT絕絕絕熱過程的熱力學(xué)第一定律絕熱過程的熱力學(xué)第一定律: :0ddAU,V mCT21

14、()2iRTT11221pVp V0系統(tǒng)靠減少其內(nèi)能對外做功系統(tǒng)靠減少其內(nèi)能對外做功 pV0絕熱線絕熱線等溫線等溫線絕熱線比等溫線陡絕熱線比等溫線陡11p1V2V2p2pnkTp 等溫：等溫：n p絕熱：絕熱：T pT不變不變V ,Vn等溫：等溫：絕熱：絕熱：pVcpVcdd0p VV p在交點(diǎn)處的斜率：在交點(diǎn)處的斜率：1d01ddTppVV1dd0p VVVp在交點(diǎn)處的斜率：在交點(diǎn)處的斜率：1d01ddQppVV從物理意義上看：從物理意義上看：等值過程等值過程特點(diǎn)特點(diǎn)狀態(tài)方程狀態(tài)方程系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱對外做功對外做功 內(nèi)能改變內(nèi)能改變等等溫溫dT=0pV=C21lnVRTV21lnVRTV0等

15、等容容dV=0CTP,V mCT0,V mCT等等壓壓dp=0CTV,P mCT,V mCTR T絕絕熱熱0Q1CPV 21CTP31CTV0,V mCT,V mCT熱容量熱容量2iR 22iR0例：理想氣體的絕熱自由膨脹例：理想氣體的絕熱自由膨脹 末態(tài)末態(tài)( (平衡態(tài)平衡態(tài)) )初態(tài)初態(tài)( (平衡態(tài)平衡態(tài)) )中間過程中間過程( (非平衡態(tài)非平衡態(tài)) )隔板隔板絕熱容器絕熱容器 真空真空求熱平衡后的壓強(qiáng)求熱平衡后的壓強(qiáng) p = ?絕熱絕熱:000(2)p VpV012pp方法方法 1方法方法 2絕熱絕熱又不做功又不做功熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律內(nèi)能不變內(nèi)能不變所以溫度不變所以溫度不變由理想

16、氣體狀態(tài)方程由理想氣體狀態(tài)方程00000(2)p VpVTT012pp哪種方法對？哪種方法對？p0V0V0“絕熱自由膨脹過程是等溫過程絕熱自由膨脹過程是等溫過程”嗎？嗎？練習(xí)練習(xí) p(B)p(A)p(D)p(C)在所給的四個圖像中，在所給的四個圖像中，那個圖像能夠描述一定質(zhì)量那個圖像能夠描述一定質(zhì)量的理想氣體在絕熱過程中的理想氣體在絕熱過程中密度隨壓強(qiáng)的變化？密度隨壓強(qiáng)的變化？解解 由由mpVRTMmMpVR T由絕熱方程由絕熱方程1pTc11111Tc pc p111 (1)22,pc pc pT即代入的式中：13, (1)c p答案答案 (D)五五. .多方過程多方過程（選學(xué)）（選學(xué)）TC

17、VPTCmnmVd, ddTRPVVPdddmVmnmVmPCCCCVPPVVP,dddmnmVmnmPCCCCn,多方指數(shù)多方指數(shù)1cPVn多方方程多方方程熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 2cTVn131cTPnnTCUmVd,dTCQmnd,d1 12211PVPVn112TTnRA1n等溫過程等溫過程 0n等壓過程等壓過程 n絕熱過程絕熱過程 n等體過程等體過程 TCCmVmn)d,(VPAddnVPPVdd摩爾熱容摩爾熱容TQCmndd,循環(huán)過程循環(huán)過程 系統(tǒng)經(jīng)一系列變化又回到原來狀態(tài)的過程系統(tǒng)經(jīng)一系列變化又回到原來狀態(tài)的過程1V2VVP1212121UUAQa2212

18、1212UUAQ211221AAQQ凈凈AQ 1準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程循環(huán)面積S順時針：系統(tǒng)對界外做功，吸熱；正循環(huán)順時針：系統(tǒng)對界外做功，吸熱；正循環(huán)逆時針：外界對系統(tǒng)做功，放熱；負(fù)循環(huán)逆時針：外界對系統(tǒng)做功，放熱；負(fù)循環(huán)正循環(huán)過程正循環(huán)過程逆逆( (負(fù)負(fù)) )循環(huán)過程循環(huán)過程0放放熱熱吸吸熱熱QQA系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)循環(huán)外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功制冷循環(huán)制冷循環(huán)熱機(jī)效率熱機(jī)效率吸吸QA吸吸放放QQ1制冷系數(shù)制冷系數(shù)AQ吸吸QQQ 吸吸放0放放熱熱吸吸熱熱QQA14.5 循環(huán)與熱機(jī)循環(huán)與熱機(jī) 例例 圖為一理想氣體幾種狀態(tài)變化過程的圖為一理想氣體幾種狀態(tài)變化過程的

19、 p-V 圖，其中圖，其中 MT為等溫線，為等溫線，MQ 為絕熱線，在為絕熱線，在 AM, BM, CM 三種準(zhǔn)靜態(tài)過程三種準(zhǔn)靜態(tài)過程中：中：（1） 溫度升高的是溫度升高的是過程；過程；（2） 氣體吸熱的是氣體吸熱的是過程。過程。VPMATBQCBM, CMCM?p0VV1V2p1p2例：例： 已知：已知： 常溫理想氣體常溫理想氣體 1 mol H2求：求：解：解：系統(tǒng)對外做功系統(tǒng)對外做功21211()()2AVVpp132TTT分析哪段吸熱分析哪段吸熱只有只有吸熱吸熱1221()QAUU吸)(211221VVpp)(212TTRi)(211221VVpp)(251122VpVpAQ吸AQ系對

20、外吸二、卡諾循環(huán)二、卡諾循環(huán)1Q2Q1234在一循環(huán)中，系統(tǒng)只和高溫?zé)嵩丛谝谎h(huán)中，系統(tǒng)只和高溫?zé)嵩? (溫度溫度T1 1) )與低溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩? (溫度溫度T2 2) )兩兩個熱源個熱源交換熱量交換熱量VP1T2T1QA2Q兩個等溫過程兩個等溫過程兩個絕熱過程兩個絕熱過程2143吸熱吸熱1211lnVVRTQ 放熱放熱3422lnVVRTQ 32132121VTVT14142111VTVT1T2T12141132)()(TTVVVV1211QQQA121TT1)1)溫差越大，效率越高溫差越大，效率越高2)2)提高提高 提高提高T1 1 或或( (和和) )降低降低T2 23)3) 與理想

21、氣體的體積、壓強(qiáng)等的變化無關(guān)與理想氣體的體積、壓強(qiáng)等的變化無關(guān)卡諾制冷循環(huán)卡諾制冷循環(huán)1T2T1QA2Q外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功21QQA制冷系數(shù)制冷系數(shù)卡諾制冷機(jī)卡諾制冷機(jī)212TTT21TT 1Q2Q1234VP1T2T2111lnVVRTQ 4322lnVVRTQ 2212QQAQQ 卡諾正循卡諾正循環(huán)效率環(huán)效率121TT卡諾逆循卡諾逆循環(huán)系數(shù)環(huán)系數(shù)212TwTT 圖中兩卡諾循環(huán)圖中兩卡諾循環(huán) 嗎嗎 ？2121212T1T2A1A12AApoVpoV2T1T2A1A3T12AA一、熱力學(xué)過程的方向性一、熱力學(xué)過程的方向性自然界中發(fā)生的一切過程必須遵守?zé)崃W(xué)第一定律自然界中發(fā)生的一切過

22、程必須遵守?zé)崃W(xué)第一定律滿足熱力學(xué)第一定律的過程是否都能實(shí)現(xiàn)滿足熱力學(xué)第一定律的過程是否都能實(shí)現(xiàn)?不一定不一定1. 功熱轉(zhuǎn)換：功熱轉(zhuǎn)換：熱熱自動的全部自動的全部轉(zhuǎn)換為功轉(zhuǎn)換為功不可能不可能2. 熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)：熱量熱量自動自動從低溫物體傳到高溫物體從低溫物體傳到高溫物體不可能不可能3. 氣體的絕熱自由膨脹：氣體的絕熱自由膨脹：氣體氣體絕熱自由絕熱自由收縮收縮不可能不可能4.擴(kuò)散過程擴(kuò)散過程：不可能不可能 一個過程，如果每一步都可以沿相反的方向進(jìn)行而不一個過程，如果每一步都可以沿相反的方向進(jìn)行而不引起外界的任何其他變化，則該過程為可逆過程。引起外界的任何其他變化，則該過程為可逆過程。 用任何方法

23、都不能使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原的過用任何方法都不能使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原的過程是不可逆過程。程是不可逆過程。擴(kuò)散過程的逆過程擴(kuò)散過程的逆過程無摩擦、準(zhǔn)靜態(tài)過程是無摩擦、準(zhǔn)靜態(tài)過程是可逆過程可逆過程可逆過程是理想化的過程?？赡孢^程是理想化的過程?？赡嫜h(huán)可逆循環(huán)：由可逆過程組成的循環(huán)：由可逆過程組成的循環(huán)可逆熱機(jī)可逆熱機(jī)：能實(shí)現(xiàn)可逆循環(huán)的熱機(jī)：能實(shí)現(xiàn)可逆循環(huán)的熱機(jī)卡諾循環(huán)是一個可逆循環(huán)卡諾循環(huán)是一個可逆循環(huán)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的-孤立系統(tǒng)中的自發(fā)過程具有方向性。孤立系統(tǒng)中的自發(fā)過程具有方向性。等溫膨脹時：等溫膨脹時：21lnVMAQV 0E

24、等溫壓縮時：等溫壓縮時：21lnVMAQV 0EAA QQ 二、二、熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律克勞修斯克勞修斯熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述的克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體傳向高溫不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不產(chǎn)生其它變化。物體而不產(chǎn)生其它變化?！盁崃坎荒茏詣拥貜牡蜔崃坎荒茏詣拥貜牡蜏匚矬w傳向高溫物體溫物體傳向高溫物體”開爾文開爾文“其唯一效果是熱全其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的不可能的”熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的開爾文表述的開爾文表述不可能從單一熱源吸收熱量使之完全不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變成有用的功而不引起其它變化。變成有

25、用的功而不引起其它變化。第二定律的兩種表述是等價的第二定律的兩種表述是等價的 第二類永動機(jī)是不可能制造成的第二類永動機(jī)是不可能制造成的 第二定律的兩種表述是等價的第二定律的兩種表述是等價的 1.1.若開爾文表述不正確，則克勞修斯表述也不正確若開爾文表述不正確，則克勞修斯表述也不正確若功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失則熱傳導(dǎo)的方向性也消失若功熱轉(zhuǎn)換的方向性消失則熱傳導(dǎo)的方向性也消失采用反證法采用反證法2.2.若克勞修斯表述不正確，則開爾文表述也不正確若克勞修斯表述不正確，則開爾文表述也不正確高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2 2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2 2Q0QQ0Q0AA假想裝置假想

26、裝置卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)若熱傳導(dǎo)的方向性消失則功熱轉(zhuǎn)換的方向性也消失若熱傳導(dǎo)的方向性消失則功熱轉(zhuǎn)換的方向性也消失21TT 0QQ 循環(huán)循環(huán)高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2 2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2 2Q0QQ+AQA假想裝置假想裝置卡諾制冷機(jī)卡諾制冷機(jī)21TT 循環(huán)循環(huán)今天的你我，今天的你我， 怎樣重復(fù)昨天的故事怎樣重復(fù)昨天的故事! !過程的不可逆性是相互溝通的過程的不可逆性是相互溝通的由某一種過程的方向性的存在由某一種過程的方向性的存在(或消失或消失)，可，可以推斷另一種過程的方向性的存在以推斷另一種過程的方向性的存在(或消失或消失) 三三、卡諾定理卡諾定理1)1)在相

27、同高溫?zé)嵩丛谙嗤邷責(zé)嵩? (T1 1) )和低溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩? (T2 2) )之間之間工作的一切可逆熱機(jī)工作的一切可逆熱機(jī)的效率都相等，與工的效率都相等，與工作物質(zhì)無關(guān)，且：作物質(zhì)無關(guān)，且：121TTc2)2) 在相同的高低溫在相同的高低溫?zé)嵩粗g工作的一熱源之間工作的一切不可逆熱機(jī)的效切不可逆熱機(jī)的效率，總是小于可逆率，總是小于可逆熱機(jī)。即熱機(jī)。即c121TT(1)(1)熱源熱源溫度均勻的恒溫?zé)嵩礈囟染鶆虻暮銣責(zé)嵩凑f明說明(2)(2)只有兩個熱源只有兩個熱源這樣的可逆熱機(jī)必卡諾熱機(jī)這樣的可逆熱機(jī)必卡諾熱機(jī)(3)(3)卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)( (卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)) )的效率是一切熱機(jī)效的效率是

28、一切熱機(jī)效率的最高極限。率的最高極限。 1QAa1QAb讓讓b b反向工作反向工作兩兩可逆可逆熱機(jī)熱機(jī)a a和和b b卡諾定理的證明：卡諾定理的證明：22QQ 高溫?zé)嵩矗ǜ邷責(zé)嵩矗═1）低溫?zé)嵩矗ǖ蜏責(zé)嵩矗═2）ab1Q2Q1Q2QAA高溫?zé)嵩矗ǜ邷責(zé)嵩矗═1）低溫?zé)嵩矗ǖ蜏責(zé)嵩矗═2）ab1Q2Q1Q2QAA由第二定律的開爾文表述由第二定律的開爾文表述ba0AA21QAaa21QAbb(1)(1)11bbaa讓讓a a反向工作反向工作: :abba與工作物質(zhì)無關(guān)與工作物質(zhì)無關(guān)121TT02Q使：使：熱機(jī)熱機(jī)b b可逆可逆, ,熱機(jī)熱機(jī)a a不可逆不可逆(2)(2)讓讓b b反向工作反向工作b

29、a121TTb若：若：baa成為可逆熱機(jī)成為可逆熱機(jī)高溫?zé)嵩矗ǜ邷責(zé)嵩矗═1）低溫?zé)嵩矗ǖ蜏責(zé)嵩矗═2）ab1Q2Q1Q2QAA121TT不可逆四四、克勞修斯等式與不等式、克勞修斯等式與不等式121211TTQQ01122TQTQ可逆卡諾循環(huán)可逆卡諾循環(huán)不可逆熱機(jī)循環(huán)不可逆熱機(jī)循環(huán)1211QQQA121211TTQQ01122TQTQ01122TQTQ任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)( (準(zhǔn)靜態(tài)、無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)、無摩擦) )PV02211iiiiTQTQ1iQ2iQ0可可逆逆循循環(huán)環(huán)TQd克勞修斯等式克勞修斯等式 0)(lim12211niiiiinTQTQ0)(12211niiiiiTQTQ0可可逆逆循循環(huán)環(huán)不TQd克勞修斯不等式克勞