大學(xué)物理【第五版下冊】第十三章熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)研究的對象為熱力學(xué)系統(tǒng)。熱力學(xué)研究的對象為熱力學(xué)系統(tǒng)。 熱力學(xué)系統(tǒng)可以是氣體、液體、固體。熱力學(xué)系統(tǒng)可以是氣體、液體、固體。本章只研究理想氣體。本章只研究理想氣體。 熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化的過程熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化的過程為熱力學(xué)過程。為熱力學(xué)過程。 熱力學(xué)過程中所經(jīng)歷的各個(gè)狀態(tài)都由熱力學(xué)過程中所經(jīng)歷的各個(gè)狀態(tài)都由熱平衡態(tài)構(gòu)成的過程，為準(zhǔn)靜態(tài)過程。熱平衡態(tài)構(gòu)成的過程，為準(zhǔn)靜態(tài)過程。如果其中有一個(gè)狀態(tài)為如果其中有一個(gè)狀態(tài)為非平衡態(tài)非平衡態(tài)，則此過，則此過程為程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程非準(zhǔn)靜態(tài)過程。如果系統(tǒng)進(jìn)行的速度。如果系統(tǒng)進(jìn)行的速度過快，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化后，還未來得及過快，

2、系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化后，還未來得及恢復(fù)新的平衡態(tài)，系統(tǒng)又發(fā)生了變化，則恢復(fù)新的平衡態(tài)，系統(tǒng)又發(fā)生了變化，則該過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。該過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如：例如：氣缸活塞壓縮氣缸活塞壓縮的速度過快，氣體的的速度過快，氣體的狀態(tài)發(fā)生變化，還來狀態(tài)發(fā)生變化，還來不及恢復(fù)，不及恢復(fù)，P、V、T 無確定關(guān)系，則此過無確定關(guān)系，則此過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。F對非常緩慢的過程可近似認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過對非常緩慢的過程可近似認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如氣缸活塞的速度大約為程。例如氣缸活塞的速度大約為10m/s, ,而而氣缸內(nèi)氣體密度、壓強(qiáng)趨于均勻的過程以氣缸內(nèi)氣體密度、壓強(qiáng)趨于均勻的過程以慢速進(jìn)行，此時(shí)則可看

3、成是準(zhǔn)靜態(tài)過程。慢速進(jìn)行，此時(shí)則可看成是準(zhǔn)靜態(tài)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程中氣準(zhǔn)靜態(tài)過程中氣體的各狀態(tài)參量體的各狀態(tài)參量都有確定的值，都有確定的值，可在可在 P V 圖上作圖上作出連續(xù)的過程曲出連續(xù)的過程曲線。線。PoVBA如果過程進(jìn)行的時(shí)間如果過程進(jìn)行的時(shí)間t 可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程；可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程；如果過程進(jìn)行的時(shí)間如果過程進(jìn)行的時(shí)間t 0, 系統(tǒng)作正功,外界對系統(tǒng)作負(fù)功.PdVdWWVVba212.當(dāng)氣體壓縮時(shí),W CV 的物理意義的物理意義: : 1 mol 理想氣體溫度升高理想氣體溫度升高 1 C，對于對于等容過程等容過程, ,體積不變吸熱只增加系統(tǒng)內(nèi)能，體積不變吸熱只增加系統(tǒng)內(nèi)能，而對于等壓過程除

4、了增加系統(tǒng)內(nèi)能外，還而對于等壓過程除了增加系統(tǒng)內(nèi)能外，還要對外作功，所吸收的熱量要更多一些。要對外作功，所吸收的熱量要更多一些。RCCVP-RCP4 EQVVPEQP等體等壓例題全過程系統(tǒng)吸收熱量、對外作功及內(nèi)能變化1.75 10 (J)1.09 10 (J )2.84 10 (J)放熱內(nèi)能減少等體262.5 (K)等壓210 (K)1.75 10 (J)外界對系統(tǒng)作功系統(tǒng)的溫度不變系統(tǒng)的溫度不變0dTCPVoPV2V1P1V12T恒溫源恒溫源T2P絕熱的絕熱的汽缸壁和活塞汽缸壁和活塞TCMmEVPdVWVV21RTVMmPVdVRTMmWVV21由理想氣體狀態(tài)方程由理想氣體狀態(tài)方程12lnV

5、VRTMmW 等溫過程的功等溫過程的功（1）0VdVRTMmVV21)(12TTCMmQTT-由過程方程由過程方程2211VPVP2112PPVV則等溫過程的功則等溫過程的功21lnPPRTMmW CT 是否有意義呢？是否有意義呢？對于等溫過程溫度不變，對于等溫過程溫度不變，系統(tǒng)要升高系統(tǒng)要升高1C需吸收無限多的熱量。需吸收無限多的熱量。則等溫摩爾熱容則等溫摩爾熱容CT 趨于無限大。趨于無限大。TC（2）WEQ)(12TTCMmQTT-因此無法使用因此無法使用公式計(jì)算等溫過程的熱量。公式計(jì)算等溫過程的熱量。WQT等溫過程等溫過程0E則則意義：意義：等溫過程系統(tǒng)吸熱全部用來對外作等溫過程系統(tǒng)吸熱

6、全部用來對外作功。功。12lnVVRTMmWQT211121lnlnPPVPPPRTMm系統(tǒng)與外界絕熱。系統(tǒng)與外界絕熱。無熱量交換。無熱量交換。0dQ絕熱材料絕熱材料0dQPTEVPTEV系統(tǒng)對外作功全部靠內(nèi)能提供。系統(tǒng)對外作功全部靠內(nèi)能提供。絕熱過程摩爾熱容為絕熱過程摩爾熱容為0。0aCEW-TCMmEVWEQ0Q0WEEW- 絕熱過程系統(tǒng)對外作功，全部是靠降絕熱過程系統(tǒng)對外作功，全部是靠降低系統(tǒng)內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的。低系統(tǒng)內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的。絕熱過程絕熱過程TCMmEWV-RCTTRMmWV)(12-VPVaCCCVPVPW-)(2211由由RTMmPV和和RCCVP-上下同除以上下同除以CV , ,（1）

7、定義摩爾熱容比定義摩爾熱容比 1VPCC12211-VPVP則則（2）由由RTMmPV121-TTRMmWa（3）有有0 , 21aWTT氣體絕熱膨脹氣體絕熱膨脹T0 , 21aWTT氣體絕熱壓縮氣體絕熱壓縮TVPVaCCCVPVPW-)(2211例如壓縮空氣從噴嘴中急速噴出，氣體例如壓縮空氣從噴嘴中急速噴出，氣體絕熱膨脹，溫度下降，甚至液化。絕熱膨脹，溫度下降，甚至液化。再如氣缸活塞急速下壓，溫度升高，使再如氣缸活塞急速下壓，溫度升高，使乙醚燃燒。乙醚燃燒。摩爾熱容比摩爾熱容比VPCC單原子分子氣體單原子分子氣體 , 3iRiRi222ii267.135 由熱力學(xué)第一定律的微小過程應(yīng)用公式由

8、熱力學(xué)第一定律的微小過程應(yīng)用公式PdVdEdQ0dQdTCMmPdVV-雙原子分子氣體雙原子分子氣體 , 5i多原子分子氣體多原子分子氣體 , 6i4 .157 33.134 由理想氣體狀態(tài)方程由理想氣體狀態(tài)方程RTMmPV（2）全微分全微分RdTMmVdPPdV（3）（3）- -（1）式）式RdTMmCRPdVV-（1）0PdVCRVdPPdVV兩邊乘兩邊乘R有有dTCMmPdVV-VPCCRCCVP-由由和和0-PdVCCCVdPPdVVVP0)1(-PdVVdPPdV0PdVVdP兩邊同除以兩邊同除以 PV0VdVPdP0PdVCRVdPPdVVlnlnCVP積分積分lnCPV1CPV（

9、4）由（由（2）式與（）式與（4）消）消 P21CTV-（5）由（由（2）式與（）式與（4）消）消V31CTP-（6）0VdVPdPRTMmPV7將絕熱線與等溫線比較。將絕熱線與等溫線比較。oPV等溫線2V1V21絕熱線. .等溫線斜率等溫線斜率. .絕熱線斜率絕熱線斜率CPV全微分全微分0VdPPdV斜率斜率VPdVdP-1CPV2全微分全微分01-dVVPdPV絕熱線斜率絕熱線斜率VPdVdP-1與等溫線斜率比較與等溫線斜率比較VPdVdP-絕熱線斜率是等溫線斜率的絕熱線斜率是等溫線斜率的 倍。絕熱倍。絕熱線要比等溫線陡。線要比等溫線陡。意義：意義：對于相同體積變化，等溫過程對外對于相同體

10、積變化，等溫過程對外1CPV作功溫度不變，系作功溫度不變，系統(tǒng)從外界吸收熱量，統(tǒng)從外界吸收熱量，壓強(qiáng)壓強(qiáng) P 下降較慢；下降較慢；對于絕熱過程，系對于絕熱過程，系統(tǒng)對外作功全部靠統(tǒng)對外作功全部靠內(nèi)能提供，所以壓內(nèi)能提供，所以壓強(qiáng)下降得較快，曲強(qiáng)下降得較快，曲線較陡。線較陡。oPV等溫線2V1V21絕熱線絕熱線絕熱線的斜率絕熱線的斜率絕熱過程方程絕熱過程方程常量其中絕熱線等溫線絕熱線較陡絕熱線較陡Q QT T等溫過程方程等溫過程方程等溫線的斜率等溫線的斜率常量Q QT T對同一除 共同因素外，還因消耗內(nèi)能， ，絕熱線較陡的物理解釋：等溫膨脹等溫膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹 不變，導(dǎo)致 的因素只是使0dV

11、0dP0dT0dQCTPCTVCPV1CPV21CTV-31CTP-EQVVPEQPWQTEWa-過程特點(diǎn)過程方程熱一律過程等容等壓等溫絕熱內(nèi)能增量TCMmEVTCMmEVTCMmEV00VP12lnVVRTMm21lnPPRTMm2111lnPPVP12211-VPVP0RiCV2RiCP22R23R25R3R25R27R4TC0aCW功Q熱量過程等容等壓等溫絕熱摩爾熱容單雙多摩爾熱容比ii2355734TCMmVTCMmP12lnVVRTMmTCMmV-1. .等容降壓過程；等容降壓過程；2. .等壓壓縮過程；等壓壓縮過程；3. .絕熱膨脹過程；絕熱膨脹過程；4. .未知過程與等溫線有兩個(gè)

12、交點(diǎn)。未知過程與等溫線有兩個(gè)交點(diǎn)。解答：解答：1. .等容降壓過程等容降壓過程曲線下面積為曲線下面積為 00W由由CTPoPV2PV1P12例：例：討論下列幾個(gè)過程溫度變化、內(nèi)能增討論下列幾個(gè)過程溫度變化、內(nèi)能增量、功、熱量的正負(fù)。量、功、熱量的正負(fù)。PTP0TP由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律0EQ2. .等壓壓縮過程等壓壓縮過程體積收縮，曲線體積收縮，曲線下面積為負(fù)值。下面積為負(fù)值。 , 0V由由CTV放熱過程放熱過程0EoPV2V1V120WTV00TV由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律0WEQ放熱放熱3. .絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程0Q , 0V由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律WE00-

13、WE0T0E0 WoPV2V1P1V122P4. .未知過程與等未知過程與等溫線有兩個(gè)交點(diǎn)溫線有兩個(gè)交點(diǎn)oPV2V1V21等溫線未知線 , 0V由于由于1、2點(diǎn)在等點(diǎn)在等溫線上，溫線上，21TT0 0ET由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律0WQ放熱放熱0 W等溫絕熱例題絕熱線等溫線20.8 J mol K1.4絕熱過程11.94 (K)3.76 10 (J)等溫過程5.74 10 (J)隨堂小議請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案如圖，如圖，a、b為為 P P- -V V 圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且 p pa a = = p pb b，則則(

14、1) Ea Eb(2) Wab 0(3) Qab 0(4) 以上結(jié)論都不對以上結(jié)論都不對小議鏈接1請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案如圖，如圖，a、b為為 P P- -V V 圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且 p pa a = = p pb b，則則(1) Ea Eb(2) Wab 0(3) Qab 0(4) 以上結(jié)論都不對以上結(jié)論都不對小議鏈接2請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案如圖，如圖，a、b為為 P P- -V V 圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且 p pa a = = p pb b，則

15、則(1) Ea Eb(2) Wab 0(3) Qab 0(4) 以上結(jié)論都不對以上結(jié)論都不對小議鏈接3請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案如圖，如圖，a、b為為 P P- -V V 圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且 p pa a = = p pb b，則則(1) Ea Eb(2) Wab 0(3) Qab 0(4) 以上結(jié)論都不對以上結(jié)論都不對小議鏈接4請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案請?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對的答案如圖，如圖，a、b為為 P P- -V V 圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且圖中兩平衡態(tài)的代表點(diǎn)，且 p pa a = = p pb b

16、，則則(1) Ea Eb(2) Wab 0(3) Qab Q吸吸 則違反了能量守則違反了能量守恒定律。恒定律。吸QW121TT-3. .提高熱機(jī)效率的方法。提高熱機(jī)效率的方法。121TT-使使12/TT越小越好，但低溫?zé)嵩吹臏囟葹樵叫≡胶?，但低溫?zé)嵩吹臏囟葹橥饨绱髿獾臏囟炔灰巳藶榈馗淖?，只能提外界大氣的溫度不宜人為地改變，只能提高高溫?zé)嵩礈囟取８吒邷責(zé)嵩礈囟?。日本開發(fā)出陶瓷發(fā)動機(jī)，其良好的絕熱日本開發(fā)出陶瓷發(fā)動機(jī)，其良好的絕熱性能可保持高溫?zé)嵩吹臏囟?。性能可保持高溫?zé)嵩吹臏囟?。美國的兩個(gè)洲在美國的兩個(gè)洲在2005年將禁止燃燒汽油年將禁止燃燒汽油的汽車進(jìn)入，而使用燃料電池供電的汽車。的汽車進(jìn)入，

17、而使用燃料電池供電的汽車。P232P232例例1 1：奧托機(jī)奧托機(jī)是德國物理學(xué)家奧是德國物理學(xué)家奧托發(fā)明的一種熱機(jī)，托發(fā)明的一種熱機(jī)，以其原理制造的發(fā)以其原理制造的發(fā)動機(jī)現(xiàn)仍在使用。動機(jī)現(xiàn)仍在使用。奧托機(jī)的循環(huán)曲線奧托機(jī)的循環(huán)曲線是由兩條絕熱線和是由兩條絕熱線和兩條等容線構(gòu)成兩條等容線構(gòu)成. .證證明：熱機(jī)效率為明：熱機(jī)效率為a1V43212V吸氣 排氣絕熱線1211-VVVPo播放動畫播放動畫解：解：2-3為等容吸為等容吸熱過程熱過程)(23TTCMmQV-?4-1為等容放為等容放熱過程熱過程)(41TTCMmQV-?a1V43212V吸氣 排氣絕熱線VPo熱機(jī)效率熱機(jī)效率吸放QQ|1 -)

18、()(12341TTCMmTTCMmVV-23141TTTT-1-2為絕熱壓縮過程為絕熱壓縮過程211112TVTV-CTV-1a1V43212V吸氣 排氣絕熱線VPo21121TTVV-3-4為絕熱膨脹過程為絕熱膨脹過程412311TVTV-34121TTVV-34121TTVV-2314TTTT-211112TVTV-21TTa1V43212V吸氣 排氣絕熱線VPo23141TTTT-12VV證畢證畢討論：討論：一般為一般為8，如采用雙原子分子氣體為工作，如采用雙原子分子氣體為工作1211-VV稱為壓縮比稱為壓縮比a1V43212V吸氣 排氣絕熱線VPo物質(zhì)，在理想的情物質(zhì)，在理想的情況下

19、，其熱機(jī)效率況下，其熱機(jī)效率為：為：14 .1811-%5656.0例：例：一熱機(jī)以一熱機(jī)以1mol雙原子分子氣體為工雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，循環(huán)曲線如圖所示，其中作物質(zhì)，循環(huán)曲線如圖所示，其中AB為為等溫過程，等溫過程，TA= =1300K，TC= =300K。 求求. .各過程的內(nèi)能增量、功、和熱量；各過程的內(nèi)能增量、功、和熱量； . .熱機(jī)效率。熱機(jī)效率。解：解：5 .05o)m(3VP等溫線CABA-B為等溫膨?yàn)榈葴嘏蛎涍^程脹過程0ABEK1300BATTABABWQ5 .05ln130031.81B-C為等壓壓縮過程為等壓壓縮過程)(BCVBCTTCMmE-)1300300(31.

20、8251-吸熱吸熱ABAVVRTMmlnJ24874J20775-5 .05o)m(3VPK1300AT等溫線CABK300cT)(BCBCVVPW-)1300300(31.81-)(BCTTRMm-J8310-)(BCPBCTTCMmQ-)1300300(31.8271-J 29085-放熱放熱5 .05o)m(3VPK1300AT等溫線CABK300cT或由熱力學(xué)第一定律或由熱力學(xué)第一定律WEQ831020775 -BCQC-A為等容升壓過程為等容升壓過程0CAWCACAEQJ 29085-放熱放熱)(CAVTTCMm-5 .05o)m(3VPK1300AT等溫線CABK300cT. .熱

21、機(jī)效率熱機(jī)效率CACAEQ一個(gè)循環(huán)中的內(nèi)能增量為：一個(gè)循環(huán)中的內(nèi)能增量為：CABCABEEEE20775207750-經(jīng)過一個(gè)循環(huán)內(nèi)能不變。經(jīng)過一個(gè)循環(huán)內(nèi)能不變。吸熱吸熱吸放QQ|1 -J 20775)3001300(31.8251-0BCQQ放45649|29085|1-J 29085-36.0%36吸放QQ|1 -CAABQQQ吸J 456492487420775 5 .05o)m(3VPK1300AT等溫線CABK300cT141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q 例例 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中中 , 求求12、23、34、

22、41各過程中氣體吸收的熱量和熱機(jī)的效率各過程中氣體吸收的熱量和熱機(jī)的效率 .122 pp142VV解解 由理想氣體物態(tài)方程得由理想氣體物態(tài)方程得122TT 134TT 142TT1m,12m,12)(TCTTCQVV-1m,23m,232)(TCTTCQpp-1m,34m,342)(TCTTCQVV-)23(m,11RCTRTVQWQQQ1121-%3 .15RCCVpm,m,)(1412VVppW-11VpQQQ231211m,41m,41)(TCTTCQpp-1m,1m,2TCTCpV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q1m,12TCQV1m,232TCQp1m,342T

23、CQV-RVPT111作業(yè):P258 13-513-23 13-24 13-25 13-26 13-231VDC2VABVPoKT3001KT20025210103232. 0123-iVVmolMm吸凈吸放QWQQ-|1JTTVVRVVRTVVRTWWWCDAB321122121211076. 52003002ln31. 810lnlnln-凈1VDC2VABVPoKT3001KT2002JVVRTTTCQQQVABDA4121211081. 32ln30031. 81020030031. 82510ln-吸%151081. 31076. 543吸凈QW13-24oPVoVTCVAVABCA

24、VABCVC圖中所示循環(huán)為正循環(huán),即是熱機(jī). 吸凈吸放QWQQ-|12AAACABABPABPVPVVVPRTRTiTTCQQ5 . 2252522-吸ACVVi2; 3P2lnlnAACAACCAABPVPVVVRTVVPWWW-凈oPVAVABCVCP%3 .125 . 22ln1-AAPVPVQW吸凈解2:ABPCAAABVABCABCTTCVVRTTTCQQQQQ-ln11|1吸放oPVAVABCVCABABCBBAATTVVVTVTVBA22,:%3 .125 . 22ln1252ln2312ln1-RRRTCRTTCAPAAV13-25KTTTT7 .466%40273711111

25、2-KTTTT560%502737111112-KTTT3 .9311-13-26VPoABCD21;TTTTCB -BABCDCABDCABPCDPABCDTTTTTTTTTTTTCTTCQQQQ11111|1|11吸放VPoABCD 2:1:CDCDBABATTVVDCTTVVBA 4:3:1111DDAACCBBTVTVADTVTVCB- 5:4311DCDCABABTTVVTTVV- 12152,1TTTTTTCDBA-代入本題中熱機(jī)效率的表達(dá)式與卡諾循環(huán)相似，但并不是卡諾循環(huán)。因?yàn)榭ㄖZ循環(huán)是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的，而且本題中的T1、T2只是溫度變化中兩特定點(diǎn)的溫度,不是兩

26、等溫?zé)嵩吹暮愣囟取Ｒ?-2-4second law of thermodynamics 違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。高溫物體低溫物體Q Q高溫物體低溫物體Q Q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生續(xù)上高溫物體低溫物體Q Q高溫物體低溫物體Q Q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。續(xù)上氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生違背熱

27、力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。續(xù)上功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生熱量不可能自動地由低溫物體傳向高溫物體。氣體的體積不可能自動地等溫縮小。熱量不可能在不引起其它變化的條件下而全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?各種實(shí)際過程進(jìn)行方向的規(guī)律性將用熱力學(xué)第二定律來表述。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進(jìn)行的?？赡媾c不可逆過程可逆過程只是一種理想模型。準(zhǔn)靜態(tài)過程可視為可逆過程。 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達(dá)末態(tài)后，如果還存在另一過程，它能使系統(tǒng)

28、和外界完全復(fù)原（即系統(tǒng)回到初態(tài)，又同時(shí)消除了原過程對外界引起的一切影響，則原過程稱為可逆過程 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達(dá)末態(tài)后，如果不存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原過程稱為不可逆過程 由于摩擦等耗散因素的實(shí)際存在，不可能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原。因此有關(guān)熱現(xiàn)象的實(shí)際宏觀過程和非準(zhǔn)靜態(tài)過程都是不可逆過程。準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程 可逆過程可逆過程 : 在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài)程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài), 而不引起其他變化而不引起其他變化, 這樣的過程叫做可逆過程這樣的過程叫做可逆過程

29、 . 非非準(zhǔn)靜態(tài)過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程不可逆過程 . 不可逆不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程程. 準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程程 . 可逆過程的條件可逆過程的條件非非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo)熱

30、傳導(dǎo) 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換完全完全功功不不完全完全熱熱 自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的不可逆的 . 熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)無序無序有序有序自發(fā)自發(fā)非均勻、非平衡非均勻、非平衡均勻、平衡均勻、平衡自發(fā)自發(fā) 1） 在在相同相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的意工作物質(zhì)的可逆機(jī)可逆機(jī)都具有都具有相同相同的效率的效率 . 三三 卡諾定理卡諾定理 2） 工作在工作在相同相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切一切不不可逆機(jī)的效率都可逆機(jī)的效率都不可能不可能大于可逆機(jī)的效率大

31、于可逆機(jī)的效率 .121121TTTQQQ-( 不不可逆機(jī)可逆機(jī) )（可逆可逆機(jī)機(jī)）以卡諾機(jī)為以卡諾機(jī)為例，有例，有定律的兩種表述 不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會自動地從低溫物體傳到高溫物體）。 不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?。外界需對系統(tǒng)作功，就屬“其它變化”。此表述說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性。等溫膨脹時(shí)系統(tǒng)體積增大亦屬“其它變化”。此表述說明功變熱過程的不可逆性%企圖制造單一熱源且的熱機(jī)稱為第二類永動機(jī)。開爾文另一表述為：第二類永動機(jī)是不可能造成的。它并不違背熱力學(xué)第一定律，但違背熱力學(xué)第二定律。表述的等價(jià)性 假如熱量可以自動地

32、從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?，就有可能從單一熱源吸取熱量使之全部變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?。舉一個(gè)反證例子高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩醇傧氲淖詣觽鳠嵫b置卡諾熱機(jī)等價(jià)于高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩矗ǖ珜?shí)際上是不可能的）凡例 熱力學(xué)第二定律不但在兩種表述上是等價(jià)的，而且它在表明一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程的不可逆性方面也是等價(jià)的。歷史上的兩種表述只是一種代表性的表述。用熱力學(xué)第二定律證明絕熱線與等溫線不能相交于兩點(diǎn)等溫線絕熱線若 圖上絕熱線與等溫線相交于兩點(diǎn)，則可作一個(gè)由等溫膨脹和絕熱壓縮準(zhǔn)靜態(tài)過程組成的循環(huán)過程。 系統(tǒng)只從單一熱源（等溫過程中接觸的恒定熱源）吸熱 完成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)對外作的凈功為 ，并一切恢復(fù)原狀。 這違背熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，故絕熱線與等溫線不能相交于兩點(diǎn)。堂上小議（1 1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2 2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3 3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4 4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。結(jié)束