第06章熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、 熱學(xué)研究的范圍很廣，任何與熱（微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)）熱學(xué)研究的范圍很廣，任何與熱（微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)）相關(guān)的現(xiàn)象都是熱學(xué)的研究范圍。相關(guān)的現(xiàn)象都是熱學(xué)的研究范圍。 熱學(xué)所研究的系統(tǒng)是一個(gè)由大量的微觀粒子（分子、熱學(xué)所研究的系統(tǒng)是一個(gè)由大量的微觀粒子（分子、原子）組成的宏觀系統(tǒng)。原子）組成的宏觀系統(tǒng)。 研究一切與溫度有關(guān)的各種研究一切與溫度有關(guān)的各種宏觀現(xiàn)象宏觀現(xiàn)象熱現(xiàn)象，熱現(xiàn)象，以及這些現(xiàn)象的以及這些現(xiàn)象的微觀機(jī)制。微觀機(jī)制。1 1熱學(xué)的研究對(duì)象熱學(xué)的研究對(duì)象2.3 2.3 宏觀與微觀的關(guān)系：宏觀與微觀的關(guān)系：微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)的各種宏觀熱現(xiàn)象之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。宏觀量的各

2、種宏觀熱現(xiàn)象之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。宏觀量等于微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。等于微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。2.2.宏觀與微觀宏觀與微觀2.1 2.1 宏觀現(xiàn)象與宏觀量：宏觀現(xiàn)象與宏觀量：宏觀現(xiàn)象即一個(gè)系統(tǒng)所表宏觀現(xiàn)象即一個(gè)系統(tǒng)所表現(xiàn)出來(lái)的各種物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)的變化規(guī)律?，F(xiàn)出來(lái)的各種物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)的變化規(guī)律。描述一個(gè)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量稱為宏觀量。例：描述一個(gè)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量稱為宏觀量。例：P、V、T、E、C等。等。2.2 2.2 微觀運(yùn)動(dòng)與微觀量：微觀運(yùn)動(dòng)與微觀量：微觀運(yùn)動(dòng)即系統(tǒng)內(nèi)部的微微觀運(yùn)動(dòng)即系統(tǒng)內(nèi)部的微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)。描述微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的物理量稱觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)。描述微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的物理量稱為

3、微觀量。例：為微觀量。例：m、v、 等。等。3 3熱學(xué)的兩種研究方法熱學(xué)的兩種研究方法 宏觀方法：宏觀方法：把系統(tǒng)看成一個(gè)整體，從基本的熱力學(xué)把系統(tǒng)看成一個(gè)整體，從基本的熱力學(xué)定律（這些定律是從觀察、實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的）出定律（這些定律是從觀察、實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的）出發(fā)，通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理的方法研究系統(tǒng)的各種宏發(fā)，通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理的方法研究系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)及其變化規(guī)律觀性質(zhì)及其變化規(guī)律熱力學(xué)。熱力學(xué)。微觀方法：微觀方法：依據(jù)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)所滿足的力學(xué)定律，依據(jù)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)所滿足的力學(xué)定律，通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法研究系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，并揭示各種通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法研究系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，并揭示各種熱現(xiàn)象的本質(zhì)熱現(xiàn)

4、象的本質(zhì)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)。6-1 6-1 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律6-2 6-2 熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用6-3 6-3 循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程6-4 6-4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 卡諾定理卡諾定理6-5 6-5 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義 熵的概念熵的概念1 1熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程1.1 1.1 熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程1112221(,)2(,)p V Tp V T1.2 1.2 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程111iii2221(,)(,)2(,)p V Tp V Tp V T系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)向另一個(gè)平衡態(tài)過(guò)渡的過(guò)程系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)

5、向另一個(gè)平衡態(tài)過(guò)渡的過(guò)程系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，以致于每一系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，以致于每一個(gè)中間狀態(tài)都可視為平衡態(tài)個(gè)中間狀態(tài)都可視為平衡態(tài)p121.1.3 3 Vp （VT 、Tp ）圖圖 一個(gè)點(diǎn)：一個(gè)點(diǎn)：表示一個(gè)平衡態(tài)表示一個(gè)平衡態(tài)一條曲線：一條曲線：表示一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程表示一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程O(píng)2(p2,V2,T) V 1(p1,V1,T)p 內(nèi)能是狀態(tài)量：內(nèi)能是狀態(tài)量：實(shí)際氣體：實(shí)際氣體：( , )Ef V T理想氣體：理想氣體： 內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)：內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)： 內(nèi)能不包括系統(tǒng)整體的機(jī)械能內(nèi)能不包括系統(tǒng)整體的機(jī)械能2.1 2.1 內(nèi)能內(nèi)能 系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和

6、分子之間相互作用系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子之間相互作用勢(shì)能的總和。勢(shì)能的總和。1.1.改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種途徑改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種途徑 熱功當(dāng)量熱功當(dāng)量 ( )2iEf TRT 能量均分做功：做功：通過(guò)宏觀力的作用使系統(tǒng)與外界之間產(chǎn)生能量通過(guò)宏觀力的作用使系統(tǒng)與外界之間產(chǎn)生能量交換，從而使系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變。交換，從而使系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變。做功的大小做功的大小等于等于此過(guò)程中系統(tǒng)與外界之間交換的能量。此過(guò)程中系統(tǒng)與外界之間交換的能量。pF鉆木取火鉆木取火2.2 2.2 改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種途徑與熱功當(dāng)量改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種途徑與熱功當(dāng)量熱傳遞：熱傳遞：通過(guò)熱相互作用使系統(tǒng)與外界之間產(chǎn)生能通過(guò)熱相互作

7、用使系統(tǒng)與外界之間產(chǎn)生能量交換，從而使系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變的方式。此過(guò)量交換，從而使系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變的方式。此過(guò)程中程中系統(tǒng)與外界之間交換的能量，稱為系統(tǒng)與外界之間交換的能量，稱為熱量。熱量。Q熱量當(dāng)量：熱量當(dāng)量：熱量與其它形式的能量（機(jī)械能、電能、熱量與其它形式的能量（機(jī)械能、電能、化學(xué)能等）可以相互轉(zhuǎn)換。一定熱量的產(chǎn)生（消失）化學(xué)能等）可以相互轉(zhuǎn)換。一定熱量的產(chǎn)生（消失）總是伴隨著其它形式的能量的消失（產(chǎn)生）。熱功總是伴隨著其它形式的能量的消失（產(chǎn)生）。熱功當(dāng)量為：當(dāng)量為：J/cal18. 4J3.3.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 系統(tǒng)所吸收的熱量，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，系統(tǒng)所吸收的熱量

8、，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，另一部分用于系統(tǒng)對(duì)外做功：另一部分用于系統(tǒng)對(duì)外做功： QEW 無(wú)限小過(guò)程：無(wú)限小過(guò)程： dQdEdWQAp1E1p2E2 兩種含義：兩種含義：轉(zhuǎn)化與守恒轉(zhuǎn)化與守恒 Q，W， E 的正負(fù)號(hào)的正負(fù)號(hào)： E：增大為正，減小為負(fù)：增大為正，減小為負(fù) W：系統(tǒng)對(duì)外做功為正系統(tǒng)對(duì)外做功為正，外界對(duì)系統(tǒng)做為負(fù)，外界對(duì)系統(tǒng)做為負(fù) Q：吸熱為吸熱為正，放熱為負(fù)正，放熱為負(fù) 另一種描述：另一種描述：第一類永動(dòng)機(jī)是不存在的第一類永動(dòng)機(jī)是不存在的 4.4.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功與熱量準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功與熱量4.1 4.1 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功pFdldddWpS lp V21dVVWp

9、V 功功與過(guò)程有關(guān)：與過(guò)程有關(guān)：mnWW 12mn VV2V1Op4.2 4.2 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的熱量準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的熱量 熱容熱容準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的熱量：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的熱量：QEW dQdEdW 熱量熱量與過(guò)程有關(guān)：與過(guò)程有關(guān)：mnQQ 12mn VV2V1Op熱容、比熱容和摩爾熱容：熱容、比熱容和摩爾熱容：使物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量稱為使物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量稱為熱容：熱容： C、c和和Cm與過(guò)程有關(guān)與過(guò)程有關(guān) dQCdT使單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量使單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量稱為稱為比熱容：比熱容：/cC m使單位摩爾的物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量使單

10、位摩爾的物質(zhì)溫度升高單位溫度所需的熱量稱為稱為摩爾熱容：摩爾熱容：/mCCMc熱量與熱容：熱量與熱容：dQCdT222111TTTmTTTQCdTmcdTC dT212121mQC TTmc TTC TT( ) =( ) =( )const.mCcC、 、作業(yè)：作業(yè)：9-421()2iER TT 0W 21()2iQER TT ,2V miCR Vconst.Q1(p1, V1, T1) 2(p2, V1, T2) p O V(p1/T1=p2/T2)1 1等容過(guò)程等容過(guò)程 21()2iER TT 212121()()VVWpdVp VVR TT 212()2iQEWR TT ,22p miC

11、R 2 2等壓過(guò)程等壓過(guò)程 pconst.QW1(p1, V1, T1)2(p1, V2, T2) pO V(V1/T1=V2/T2)E 0 221121()lnVVVVVRTWpdVdVRTVV 2112lnlnVpQWRTRTVp ,T mC 3 3等溫過(guò)程等溫過(guò)程 Tconst.QW(p1V1=p2V2)1(p1, V1, T1)2(p2, V2, T1) V O p4.1 4.1 絕熱過(guò)程的過(guò)程方程絕熱過(guò)程的過(guò)程方程 021()2dQdEpdVidQdERdTpVRTdTpdVVdpRdpidVdVpiVV 31211CTpCTVCpV泊松公式泊松公式4 4絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程 Q0W 絕

12、熱線與等溫線絕熱線與等溫線: (): ()()()ATAASASTpdpdVVpdpdVVdpdpdVdV 等溫線絕熱線絕熱線 等溫線 O V pA(pA, VA, TA) 4.2 4.2 絕熱過(guò)程的絕熱過(guò)程的 E、W、Q和和Cm 21()2iER TT 210()2QiWER TT ,0S mC 1 122111 122111122pVp VTVTVpTpT p O V 1(p1, V1, T1)2(p2, V2, T2) 22111 11 111121 122() 11 ()1p =1VVVVpVWpdVdVVpVVVVp V另解：另解：由由21VVWpdV計(jì)算做功計(jì)算做功： 例例 6-1

13、 0.014kg 標(biāo)態(tài)下的標(biāo)態(tài)下的 N2氣體經(jīng)氣體經(jīng) （1）等壓）等壓過(guò)程；過(guò)程； （2）等溫）等溫過(guò)程；過(guò)程； （3）絕熱過(guò)程）絕熱過(guò)程 使其體積膨脹為原來(lái)的兩倍。試分別求出這些過(guò)程使其體積膨脹為原來(lái)的兩倍。試分別求出這些過(guò)程的的E、W 和和 Q。 解： （1）KTVVTVTVT546)(112222!1 3215()2.8 10 ( )2ER TTJ 31211 11()1.1 10 ( )Wp VVpVRTJ 33.9 10 ( )QWEJ （2）0E 2211ln7.86 10 ( )VWRTJV 27.86 10 ( )QWEJ （3）KTVVTVTVT9 .206)(1112212

14、2111 2215()6.87 10 ( )2ER TTJ 26.87 10 ( )WEJ 0Q 例例 6-2 雙原子雙原子理想氣體經(jīng)如圖所示的直線過(guò)程從理想氣體經(jīng)如圖所示的直線過(guò)程從狀態(tài)狀態(tài) a 過(guò)渡到狀態(tài)過(guò)渡到狀態(tài) b。 求此過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能的改變、。 求此過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能的改變、做功和熱傳遞？做功和熱傳遞？ V(103m3)2 a b1p(105Pa)26O 解： 55()()500( )22babbbaER TTp Vp VJ 1()()400( )2baVabbaVWpdVppVVJ100( )QEWJ 作業(yè)：作業(yè)：9-5、9-81 1循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程 系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列變化

15、過(guò)程后系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列變化過(guò)程后又回到原來(lái)的狀態(tài)，這樣的過(guò)程稱為循環(huán)過(guò)程：又回到原來(lái)的狀態(tài)，這樣的過(guò)程稱為循環(huán)過(guò)程： 111iii1111(,)(,)1(,)p V Tp V Tp V TpV曲線為閉合曲線曲線為閉合曲線 p O V abmn 順時(shí)針：順時(shí)針：W=WambWbna0熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)循環(huán) 逆時(shí)針：逆時(shí)針：W=WanbWbma0致冷循環(huán)致冷循環(huán)12WQQ2 2熱機(jī)與致冷機(jī)熱機(jī)與致冷機(jī) 2.1 2.1 熱機(jī)循環(huán)及其效率熱機(jī)循環(huán)及其效率 熱機(jī)：熱機(jī)：能夠不斷地把熱轉(zhuǎn)變成功的裝置。能夠不斷地把熱轉(zhuǎn)變成功的裝置。 熱機(jī)通過(guò)循環(huán)過(guò)程熱機(jī)通過(guò)循環(huán)過(guò)程不斷地不斷地把熱轉(zhuǎn)變成功把熱轉(zhuǎn)變成

16、功 熱機(jī)循環(huán)為正循環(huán)熱機(jī)循環(huán)為正循環(huán) p O V 鍋爐冷卻器水泵氣缸 WQ1Q2 蒸汽機(jī)工作簡(jiǎn)圖蒸汽機(jī)工作簡(jiǎn)圖 熱機(jī)的效率：熱機(jī)的效率： 2111QWQQ 12:WQQ系統(tǒng)對(duì)外所做凈功吸熱分過(guò)程所吸收的熱量放熱分過(guò)程所放出的熱量 WQ2Q1工作物質(zhì)T1T2 2.2 2.2 致冷機(jī)及其致冷系數(shù)致冷機(jī)及其致冷系數(shù) 致冷機(jī)：致冷機(jī)：使熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f的裝置。使熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f的裝置。 致冷循環(huán)為負(fù)循環(huán)致冷循環(huán)為負(fù)循環(huán) p O V 致冷機(jī)通過(guò)循環(huán)過(guò)程不斷致冷機(jī)通過(guò)循環(huán)過(guò)程不斷地地使熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)崾篃崃繌牡蜏責(zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f源傳遞熱交換器蒸發(fā)器節(jié)流閥壓縮機(jī)WQ1Q2 致

17、冷機(jī)工作簡(jiǎn)圖致冷機(jī)工作簡(jiǎn)圖致冷機(jī)的致冷系數(shù)致冷機(jī)的致冷系數(shù) 2212QQeWQQ12:WQQ外界對(duì)系統(tǒng)所做凈功放熱分過(guò)程所放出的熱量吸熱分過(guò)程所吸收的熱量 WQ2Q1工作物質(zhì)T1T2 3.1 3.1 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)3 21 4 O V pT=T1絕熱T=T2絕熱3.3.卡諾循環(huán)及其效率卡諾循環(huán)及其效率由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成: :3.2 3.2 卡諾熱機(jī)的效率卡諾熱機(jī)的效率 3(p3, V3, T2) 2(p2, V2, T1)1(p1, V1, T1) 4(p4, V4, T2) O V pQ1Q2 WQ2Q1工作物質(zhì)T1T2 32111232143

18、2242111111223321114241 1ln,lnln11lnVVQWRTQWRTVVVTQVVQTVTVTVVVVVTVTV 211TT 結(jié)論：結(jié)論：1） 只與只與T1和和T2有關(guān)，而與工質(zhì)無(wú)關(guān)有關(guān)，而與工質(zhì)無(wú)關(guān)2） =1-T2/T1100%3.3 3.3 卡諾致冷機(jī)的致冷系數(shù)卡諾致冷機(jī)的致冷系數(shù) WQ2Q1工作物質(zhì)T1T2 3(p3, V3, T2) 2(p2, V2, T1)1(p1, V1, T1) 4(p4, V4, T2) O V pQ1Q2結(jié)論結(jié)論：2212QTeWTT 2）1）e只與只與T1和和T2有關(guān)，而與工質(zhì)無(wú)關(guān)有關(guān)，而與工質(zhì)無(wú)關(guān)薩 迪薩 迪 - - 卡 諾 （卡

19、諾 （ S a d i S a d i CarnotCarnot）, 1796, 17961832, 1832, 法法國(guó)物理學(xué)家。國(guó)物理學(xué)家。18241824年，他年，他（2828歲）創(chuàng)立理想熱機(jī)理論，歲）創(chuàng)立理想熱機(jī)理論，“卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)”、“卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)”和和“卡諾定理卡諾定理”，已是大家，已是大家所熟悉的科學(xué)名詞。但卡諾所熟悉的科學(xué)名詞。但卡諾的理論在創(chuàng)立后長(zhǎng)期未能得的理論在創(chuàng)立后長(zhǎng)期未能得到應(yīng)有的重視。到應(yīng)有的重視。例例 6-3 如圖表示以理想氣體為工作物質(zhì)的某熱機(jī)的如圖表示以理想氣體為工作物質(zhì)的某熱機(jī)的循環(huán)過(guò)程。其中循環(huán)過(guò)程。其中 ab 為絕熱過(guò)程，為絕熱過(guò)程，bc 為等壓過(guò)程

20、，為等壓過(guò)程，ca為等容過(guò)程。證明該循環(huán)的效率：為等容過(guò)程。證明該循環(huán)的效率： 1)/(1/11212VVVV （,/p mV mCC） V V2 V1 p Oac b解解： 1()2caaciQQR TT, 22()2bcbciQQR TT 21/121/1bcbcacacTTTTQiQiTTTT = 12/VVTTcb )(/)/(/12121121211VVTTVVTTVVTTVTVTcacbbaba 1)/(1/11212VVVV 作業(yè)：作業(yè)：9-10、9-11問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 是否滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程就一定會(huì)發(fā)生？是否滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程就一定會(huì)發(fā)生？ 熱力學(xué)過(guò)程必須滿足

21、熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)過(guò)程必須滿足熱力學(xué)第一定律。T1W=QQEQT1ET2Q1.1.熱力學(xué)第二定律的兩種典型表述熱力學(xué)第二定律的兩種典型表述1.1 1.1 開(kāi)爾文表達(dá)開(kāi)爾文表達(dá) 不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變?yōu)橛杏貌豢赡軓膯我粺嵩次崃渴怪耆優(yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其功而不產(chǎn)生其它它影響。影響。 理解理解“不產(chǎn)生其影響不產(chǎn)生其影響”的含義的含義 W=Q1-Q2Q2Q1ET1T2T2T1Q2W=Q1-Q2T1W=QQE 單熱源熱機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)）是不可能制成的單熱源熱機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)）是不可能制成的 實(shí)際熱機(jī)最少要有兩個(gè)高低溫?zé)嵩矗▽?shí)際熱機(jī)最少要有兩個(gè)高低溫?zé)嵩矗═1，T2），）， 熱機(jī)的效

22、率熱機(jī)的效率 T2)T1T2Q(T1T2)2.2.兩種表述的等效性兩種表述的等效性1.1 如果開(kāi)爾文表述不成立，則克勞修斯表述也不成立如果開(kāi)爾文表述不成立，則克勞修斯表述也不成立Q2Q1+Q2EW=Q1EQ1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2Q2Q2高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩22.2 如果克勞修斯表述不成立，則開(kāi)爾文表述也不成立如果克勞修斯表述不成立，則開(kāi)爾文表述也不成立Q2W=Q1-Q2Q2Q1E高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2W=Q1-Q2EQ1-Q2高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2開(kāi)爾文開(kāi)爾文Kelvin，William Thomson，Lord（182

23、41907）英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家 。原名。原名 W.W.湯姆孫湯姆孫, 1824, 1824 年年 6 6 月月 2626 日生于愛(ài)爾蘭貝爾法斯特，日生于愛(ài)爾蘭貝爾法斯特，19071907 年年 1212月月1717日卒于蘇格蘭內(nèi)瑟霍爾。 由于裝設(shè)大西洋海底電纜有功日卒于蘇格蘭內(nèi)瑟霍爾。 由于裝設(shè)大西洋海底電纜有功 ， 英國(guó)政府， 英國(guó)政府 1866 1866 年年 封他為爵士封他為爵士 ，18921892 年又封他為開(kāi)爾文男爵，以后他改名為開(kāi)爾文。年又封他為開(kāi)爾文男爵，以后他改名為開(kāi)爾文。18461846 年任格拉斯哥大學(xué)自然哲學(xué)（即物理年任格拉斯哥大學(xué)自然哲學(xué)（即物理學(xué)）教授，直至學(xué)）

24、教授，直至 18991899 年退休。年退休。19041904 年任格拉斯哥大學(xué)校長(zhǎng)。年任格拉斯哥大學(xué)校長(zhǎng)。 開(kāi)爾文的科學(xué)活動(dòng)是多方面的，其主要貢獻(xiàn)包括：開(kāi)爾文的科學(xué)活動(dòng)是多方面的，其主要貢獻(xiàn)包括：電磁學(xué)。電磁學(xué)。開(kāi)爾文在靜電和靜磁學(xué)理論、開(kāi)爾文在靜電和靜磁學(xué)理論、交流電特別是萊頓瓶的放電振蕩性、靜電絕對(duì)測(cè)量和電磁測(cè)量，大氣電學(xué)等方面交流電特別是萊頓瓶的放電振蕩性、靜電絕對(duì)測(cè)量和電磁測(cè)量，大氣電學(xué)等方面 ，都作出了重，都作出了重要貢要貢獻(xiàn)。獻(xiàn)。電像法電像法是開(kāi)爾文發(fā)明的解決靜電學(xué)問(wèn)題的有效方法是開(kāi)爾文發(fā)明的解決靜電學(xué)問(wèn)題的有效方法 。熱力學(xué)熱力學(xué) 。開(kāi)爾文在。開(kāi)爾文在 18481848 年提年

25、提出出 、18541854 年修改的絕對(duì)年修改的絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)，是現(xiàn)代科學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。開(kāi)爾文是，是現(xiàn)代科學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。開(kāi)爾文是熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的兩的兩個(gè)重要奠基人之一。他提出的第二定律說(shuō)法稱為熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。開(kāi)爾文還從理個(gè)重要奠基人之一。他提出的第二定律說(shuō)法稱為熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。開(kāi)爾文還從理論上預(yù)言一種新的溫差電效應(yīng)，后稱湯姆孫效應(yīng)；和論上預(yù)言一種新的溫差電效應(yīng)，后稱湯姆孫效應(yīng)；和 J.P.J.P.焦耳合作的多孔塞實(shí)驗(yàn)，從理論上揭焦耳合作的多孔塞實(shí)驗(yàn)，從理論上揭示了實(shí)際氣體與理想氣體的差別示了實(shí)際氣體與理想氣體的差別 ，實(shí)用上為制造液態(tài)空氣的重要

26、方法，實(shí)用上為制造液態(tài)空氣的重要方法 （ 見(jiàn)焦耳見(jiàn)焦耳- - 湯姆孫效湯姆孫效應(yīng)） 。應(yīng)） 。 海底電纜。海底電纜。 18551855 年他研究得出信號(hào)傳遞速度減慢與電纜長(zhǎng)度平方成正比的規(guī)律年他研究得出信號(hào)傳遞速度減慢與電纜長(zhǎng)度平方成正比的規(guī)律 。 1 1851 851 年年他裝設(shè)了英國(guó)與法國(guó)相隔海峽中的第一條海底電纜他裝設(shè)了英國(guó)與法國(guó)相隔海峽中的第一條海底電纜 。185618561858 1858 年他又負(fù)責(zé)裝設(shè)了橫過(guò)大西年他又負(fù)責(zé)裝設(shè)了橫過(guò)大西洋的海底電纜，這是他最主要的工作。洋的海底電纜，這是他最主要的工作。電工儀器電工儀器。開(kāi)爾文為了裝設(shè)海底電纜，用很大力量研。開(kāi)爾文為了裝設(shè)海底電纜，

27、用很大力量研制電工儀器，例如他發(fā)明了鏡式電流計(jì)，虹吸記錄器。建立電磁量的精確單位標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)各種制電工儀器，例如他發(fā)明了鏡式電流計(jì)，虹吸記錄器。建立電磁量的精確單位標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)各種精密測(cè)量?jī)x器，如絕對(duì)靜電計(jì)、開(kāi)爾文電橋、圈轉(zhuǎn)電流計(jì)等。精密測(cè)量?jī)x器，如絕對(duì)靜電計(jì)、開(kāi)爾文電橋、圈轉(zhuǎn)電流計(jì)等。18611861 年根據(jù)他的建議英國(guó)設(shè)立了年根據(jù)他的建議英國(guó)設(shè)立了電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，為電學(xué)單位標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，為電學(xué)單位標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。波動(dòng)和渦流、以太學(xué)說(shuō)。波動(dòng)和渦流、以太學(xué)說(shuō)。開(kāi)爾文在波動(dòng)和渦開(kāi)爾文在波動(dòng)和渦流理論方面多有貢獻(xiàn)。他熱心于以太理論的研究，以失敗告終，后來(lái)他意識(shí)到以太不過(guò)是流理論方面多

28、有貢獻(xiàn)。他熱心于以太理論的研究，以失敗告終，后來(lái)他意識(shí)到以太不過(guò)是人的人的主觀想象。 另外他對(duì)地球年齡也研究過(guò)并從地面散熱的快慢估算出地球年齡不超過(guò)主觀想象。 另外他對(duì)地球年齡也研究過(guò)并從地面散熱的快慢估算出地球年齡不超過(guò)1 1億年億年 。 18961896年發(fā)現(xiàn)了放射性物質(zhì)年發(fā)現(xiàn)了放射性物質(zhì) ，出現(xiàn)了新熱源，才修正了他的估計(jì)。開(kāi)爾文在物理學(xué)的各個(gè)方面都有建，出現(xiàn)了新熱源，才修正了他的估計(jì)。開(kāi)爾文在物理學(xué)的各個(gè)方面都有建樹(shù)，而且多被應(yīng)用于實(shí)際。樹(shù)，而且多被應(yīng)用于實(shí)際。 克勞修斯（克勞修斯（Ruelolf Clausius,1822-1888）,德國(guó)物理學(xué)家，德國(guó)物理學(xué)家，分子運(yùn)動(dòng)理論分子運(yùn)動(dòng)理

29、論的創(chuàng)始人之一。的創(chuàng)始人之一。 他提出統(tǒng)計(jì)概念，并利用統(tǒng)計(jì)他提出統(tǒng)計(jì)概念，并利用統(tǒng)計(jì)概念推導(dǎo)出了氣體壓強(qiáng)公式。他還概念推導(dǎo)出了氣體壓強(qiáng)公式。他還提出了比范德互耳斯氣態(tài)方程更具提出了比范德互耳斯氣態(tài)方程更具普遍性的氣體物態(tài)方程；他是熱力普遍性的氣體物態(tài)方程；他是熱力學(xué)的奠基人之一，他以善于構(gòu)思物學(xué)的奠基人之一，他以善于構(gòu)思物理概念著稱，為了說(shuō)明不可逆過(guò)程，理概念著稱，為了說(shuō)明不可逆過(guò)程，他引進(jìn)了一個(gè)新的他引進(jìn)了一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)熵狀態(tài)函數(shù)熵S S, ,并得出孤立系統(tǒng)的并得出孤立系統(tǒng)的熵增原理，使熱力學(xué)第二定律以定量形式表述出來(lái)，其影熵增原理，使熱力學(xué)第二定律以定量形式表述出來(lái)，其影響和作用遍于各個(gè)

30、方面。響和作用遍于各個(gè)方面。 設(shè)在某一過(guò)程設(shè)在某一過(guò)程 L 中，系統(tǒng)從狀態(tài)中，系統(tǒng)從狀態(tài) A 變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)B。如果能使系統(tǒng)從狀態(tài)。如果能使系統(tǒng)從狀態(tài) B 逆向回復(fù)到初狀態(tài)逆向回復(fù)到初狀態(tài) A ，而同時(shí)外界也恢復(fù)原狀，過(guò)程而同時(shí)外界也恢復(fù)原狀，過(guò)程 L 就稱為就稱為可逆過(guò)程。可逆過(guò)程。 如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài) A ，或者雖然能回，或者雖然能回復(fù)到初態(tài)復(fù)到初態(tài) A ，但外界不能恢復(fù)原狀，那么過(guò)程，但外界不能恢復(fù)原狀，那么過(guò)程 L 稱稱為為不可逆過(guò)程。不可逆過(guò)程。3.3.自然過(guò)程的不可逆性自然過(guò)程的不可逆性3.1 3.1 可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程 3.2 3.2 自然過(guò)程的不可逆性自然過(guò)程的不可逆性熱功轉(zhuǎn)換的方向性：熱功轉(zhuǎn)換的方向性： AQ100AQ100T1T2Q(T1T2)T1T2Q(T1T2)熱傳遞的不可逆性：熱傳遞的不可逆性： 氣體絕熱自由膨脹的不可逆性：氣體絕熱自由膨脹的不可逆性： 墨水?dāng)U散是一個(gè)不可逆過(guò)程墨水?dāng)U散是一個(gè)不可逆過(guò)程潑水難收潑水難收破鏡難圓破鏡難圓樓倒塌是一個(gè)不可逆過(guò)程樓倒塌是一個(gè)不可逆過(guò)程生命過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程生命過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程結(jié)論：結(jié)論： 大量事實(shí)表明：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀大量事實(shí)表明：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的，熱力學(xué)第