物理-課件第三章熱力學(xué)

引入

第三章：熱（Thermodynamics熱學(xué)可分為兩門學(xué)科(研究方法):熱力學(xué)和統(tǒng)從不同角度研究熱運(yùn)動(dòng)，二者相輔相成,又互相補(bǔ)充2013-3- 羊八井地?zé)釡?013-3- 物理學(xué) 根據(jù)地?zé)崴疁囟鹊母叩?，地?zé)豳Y源分為高溫>150℃）、中溫（150-90℃）和低溫（＜90℃）3種。高溫地?zé)崮苤饕糜诎l(fā)電，中低溫地?zé)崮芤话憧芍苯永茫ü?、溫室、旅游和療養(yǎng)等）。在人們?nèi)?注全球氣候變暖和礦物 利用帶來(lái)的各種環(huán)境污染的今天，地?zé)崮茏鳛橐环N清潔、無(wú)污染的能源而倍受各國(guó)重視。位于藏北羊井草原深處的羊八井地?zé)犭姀S，是我國(guó)目前最大的地?zé)嵩囼?yàn) ，也是 世界唯一利用中溫淺層熱儲(chǔ)資源進(jìn)行工業(yè)性發(fā)電的電廠。海拔0米的羊八井盆地上，現(xiàn)已興起了一座全新的地?zé)岢?，地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用正向綜合性方向發(fā)展。近10多年來(lái)，這里建成了蔬菜 以及畜產(chǎn)品、硼砂 等企業(yè)。目前，電廠已有８臺(tái)3000千瓦機(jī)組，總裝機(jī)2.5萬(wàn)千瓦。到去年底，共為 發(fā)電12億千瓦小時(shí)，年發(fā)電量在 電網(wǎng)中占45％。目前，在羊八井地?zé)岬幕A(chǔ)上，已開(kāi)發(fā)出了價(jià)廉物美的

此溫泉不含硫磺，溫度較高 請(qǐng)你思考 ）Kendall歷史上100個(gè)最偉大的發(fā)明之一：蒸汽機(jī)。1789年由英國(guó)伯明翰的JamesWatt發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容：將蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的機(jī)器。用途:工業(yè)、水泵、火車、輪船提供動(dòng)力。時(shí)間：150年。2013-3- 熱力學(xué)的三個(gè)發(fā)展階平衡態(tài)熱力學(xué)或可逆過(guò)程熱力學(xué),經(jīng)典熱力學(xué)階段

非線性非平衡態(tài)熱力2013-3- 本章重點(diǎn)1、掌握熱力學(xué)2、掌握熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用、計(jì)算3、掌握循環(huán)過(guò)程、卡諾過(guò)程及效4、掌握熱力學(xué)第二定律、實(shí)質(zhì)、5、理解熵的概念及熵增2013-3- §3.1力學(xué)第（TheFirstLawof一、熱學(xué)的研究對(duì)1、對(duì)象：宏觀物體（大量分子原子系統(tǒng)）或物體系—熱力學(xué)系統(tǒng)。系外系外2、內(nèi)容：與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和熱現(xiàn)宏觀上說(shuō)是與溫T有熱現(xiàn)2013-3-

微觀上說(shuō)是與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān) 二、描述方1、宏觀描述：整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)和屬性宏觀量：一般可以直接P、V、T等2、微觀描述：描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)微觀量：一般不能直接測(cè)量。如分子m、速v宏觀量是相應(yīng)的微觀量的統(tǒng)計(jì)2013-3- 三、熱學(xué)的研究方1宏觀的實(shí)驗(yàn)規(guī)律+邏輯推優(yōu)點(diǎn)：可靠、普遍 缺點(diǎn)：未揭示微觀本質(zhì)2、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)—微觀理論（初級(jí)理論為氣體動(dòng)理)物質(zhì)的微觀結(jié)計(jì)方優(yōu)點(diǎn):揭示了微觀本質(zhì)。缺點(diǎn):受模型局限，普遍性較差宏觀法與微觀法相宏觀法與微觀法相四、熱力學(xué)過(guò)程的（Basicconceptionof1、平衡狀態(tài)：在沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)各部分的宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。12、熱力學(xué)過(guò)程：系統(tǒng)從某狀態(tài)開(kāi)始經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)到達(dá)另一狀態(tài)的過(guò)程。12122123、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：在過(guò)程進(jìn)行的每一時(shí)刻，系統(tǒng)都無(wú)限2013-3- 4、馳豫時(shí)間：從一個(gè)熱力學(xué)平衡態(tài)轉(zhuǎn)化到另一個(gè)熱力學(xué)平衡態(tài)所需要的時(shí)間。說(shuō)明：實(shí)際過(guò)程是非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，但只要過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的馳豫時(shí)間，均可看作準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。如實(shí)際汽缸的壓縮過(guò)程可看作準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。SS2013-3- 對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程說(shuō)明p（ 過(guò)程）外，大多數(shù)況下都可以把實(shí)際過(guò)程看成 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程在狀態(tài)圖上可用一條曲線P---V圖表示2013-3- 五、功能1、概念功(W)（Work）：是能量傳遞和轉(zhuǎn)化的量度；是過(guò)程量系統(tǒng)對(duì)外作功

W

WdW

fdl

W2013-3-

2VV

p12Spp12Sp

V213熱量(Q)（Heat ty）：是傳熱過(guò)程中所傳遞能系統(tǒng)吸

Q

系統(tǒng)放

Q熱量是通過(guò)溫度差傳遞的能量傳熱的微觀本質(zhì)是：分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量從高溫物向低溫物體傳遞內(nèi)能(E)（Internalenergy）運(yùn)動(dòng)能量的總和；是狀態(tài)量

真實(shí)氣體

EE(T,V

理想氣體

EE(T2013-3- 問(wèn)題1：怎樣區(qū)別內(nèi)能與熱量?下面哪種說(shuō)法是正確的內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量是過(guò)程量2013-3- 第一定律：重（TheFirstLawof一般形式

QEW微分形式

積分形式

Q

（氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程討論熱力學(xué)第一定律實(shí)際上就是包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律；2013-3- 第一類 是不可能實(shí)現(xiàn)的適用于任何系統(tǒng)（氣、液、固）2013-3- 問(wèn)題2 有人聲稱設(shè)計(jì)了一臺(tái)循環(huán)熱機(jī)， 供1.045×108J的熱量時(shí)，機(jī)器對(duì)外作了30kW·h的功，并有3.135×107J的熱量放出，這種機(jī)器可能不可能2013-3- bdbdac例：如圖，當(dāng)系統(tǒng)沿acb過(guò)程狀態(tài)時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功20J V問(wèn)在此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱，有多少熱量解：acb過(guò)程：Q=100J

EQ

bda過(guò)程

E

W=-QEW

70

90J放2013-3- 六、摩爾熱容量：掌定義（tio）：1摩爾氣體經(jīng)過(guò)某一熱力學(xué)過(guò)程，溫度升高（降低1K所需要吸收（釋放）的熱量。C

1、定容摩爾熱容量

i22、定壓摩爾熱容量

CP

iR2

2013-3- 3、比熱容比（絕熱系數(shù)）（Ratioofspecific

i2

CP

iCP

iR2

RCV

分析、比較CVCPr理論值與實(shí)驗(yàn)值。P118表3-原因：熱容量理論建立在經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)遵守量子力學(xué)規(guī)律。解釋：研究方法和模型兩方面2013-3- 解：?jiǎn)卧臃肿觟i

3R,C

52

5167剛性雙原子分子氣i剛性多原子分子氣i

75862013-3- 七、熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用（重點(diǎn)）(ApplicationoftheFirstLawofThermodynamicsonIdealGas)1、等容過(guò)（IsochoricprocesspⅡⅠpⅡⅠ

S l不S（P-V2013-3-

i22推導(dǎo)2

dQ

dWpdVm

dE

iE RT M2013-3- 應(yīng)用（Transformationofenergy）：掌

dEdEM

i2 E

M

物理意義：等體過(guò)程中氣體吸收的熱量，全部用來(lái)增它的內(nèi)能，使其溫度上升2013-3- 例:一個(gè)容器內(nèi)貯有1mol的某種氣體，今從外界輸入2.09×102J熱解

Ei2E

i2i

2

1025 故該氣體為雙原子分子氣2013-3- 2、等壓過(guò)程（Isobaricprocess） P=常數(shù)，dP=0（P-V

F恒S恒SⅠⅠⅡ 2013-3- (3)

CP

iR2

R 推導(dǎo)

dQdEPV=R

VdP

dW

EM

i2

dE

i2dQ

i2

邁耶(Mayerformula.)公式

R重2013-3- mm

dE

MCV

mCdT QEWm

(TT)

V)m

(TTP根據(jù)

pVmM2013-3- 問(wèn)題3：如本題圖所示，一定量的理想氣體從狀態(tài)“1”變化到狀態(tài)“2”，一次經(jīng)由過(guò)程A，另一次經(jīng)由過(guò)程B。試問(wèn)在過(guò)程和過(guò)程B中吸收的熱量QA與QB何者較大例題1:討論理想氣體在下述過(guò)程中E、T、W和Q的正2013-3- 例2如圖所示，使1摩爾氧氣）由a等體地變到c，再由c等壓地變解ac等體過(guò)程

Pa

cb為等壓過(guò)程

44.8V

Vb

J

T

7.94103 2.27103 3、等溫過(guò)程（Isotherm·征T=常數(shù)，dT=0p· （P-VⅠⅡ

SS FSS2

2013-3-

根據(jù)

WM

pmpmRTMV

mRTlnp1 pVmpVmM2013-3- 例3如圖所示，使1摩爾氧氣由a等溫地變到b,試,計(jì)算系統(tǒng)所做的解ab為等溫過(guò)

EPacPacbW

/Va

QEW

44.8V2013-3- 例題:如圖所示，一定量的理想氣體經(jīng)歷ACB過(guò)程時(shí)吸熱J，則經(jīng)歷ACBDA過(guò)程時(shí)吸熱又為多少解：

DD

QACB

pdV

則在循環(huán)過(guò)程ACBDA中系統(tǒng)所作的總功WWACBWBDWDA2013-3-

Q=W=－1000 熱量傳遞的總效果為放 4、絕熱過(guò)程（Adiabatic特征（Characteristic）：d說(shuō)明：（1）良好絕熱材料包圍的系統(tǒng)發(fā)生的過(guò)程（2）P—V圖（P-V

p p 2013-3-

O

37例題:使1mol氧氣（1）由a等溫變到b；（2）由a等體變到c，再由c等壓變到。分別計(jì)算在各過(guò)程中氣體所做的功和傳遞的熱量。（1）a-b為等溫過(guò)

aQ

RTln

paVa VaV2

0.022

3.05103

（2）在a-c-b過(guò)程

E

Ea0

Wac

)1105(0.0440.022)2.21031Q

2.2103( dQdE

ddW

M

CVW

M

CV

絕熱過(guò)程方程（Poissonequation）：掌PV

TV1

P1T Cis2013-3- 推導(dǎo)

dWdE

pV

Vdp

R)

CVVdppV

dpdV m

PV 1PV

P1T 2013-3- 與等溫線：掌 pV const AdV A

等溫pV

說(shuō)明：(1)看圖比較 解釋：等溫過(guò)程的壓強(qiáng)增大僅由于體積減小。絕熱過(guò)程的壓強(qiáng)增不僅由于體積減小，2013-3-

而且由于溫度的升高 絕熱過(guò) 的計(jì)算W(E2

CV

1)W

V2pV

(p

pV11V V11

1 V

PVPV 絕熱過(guò)程中，理想氣體不吸收熱量，系統(tǒng)減少的內(nèi)能，等于其對(duì)外作功。2013-3- 例題:試證明1mol理想氣體在絕熱過(guò)程中所做的功W

T21其中T1、T2分別為初末狀態(tài)的熱力學(xué)溫度 pV解：

pV

p

pV

V1 V

1 W pdV

pV

V

V pV

pVV11

1 1 pVpV

W1

VV

pV pV

pV1

1

1 1

2013-3- 問(wèn)題4:討論理想氣體在下述過(guò)程中E、T、A和Q的正熱膨脹；（4）圖331（a）所示過(guò)程a-bc；（5）圖331（b）所示過(guò)程-c和-c。 等溫 2013-3- 多方過(guò)程（了解實(shí)際上，氣體所進(jìn)行的過(guò)程，常常既不是等溫又不是絕熱的，而是介于兩者之間，可表示為：多方過(guò)程：PVn（n為多方指數(shù)n=1——等溫過(guò) n ——絕熱過(guò)n=0——等壓過(guò) n ——等容過(guò)一般情況1n，多方過(guò)程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)2013-3- 問(wèn)題5: 如本題圖所示，一定量的氣體，體積從V1膨漲到V2，經(jīng)歷等壓過(guò)程a→b、等溫過(guò)程a→c、絕熱過(guò)程a→d，問(wèn)：從p－V2013-3- 問(wèn)題 對(duì)于一定量的理想氣體，下列過(guò)程是否可能吸熱吸熱同時(shí)體積縮小2013-3- :分別通過(guò)絕熱過(guò)程把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下0.014kg氮?dú)鈮嚎s到原體積的一半。求：在這過(guò)程中，氣體內(nèi)能的改變，傳遞的熱量和外界對(duì)氣體所做的功。設(shè)氮?dú)鉃槔硐霘怏w解：氮?dú)鉃殡p原子剛性分子理想氣體

5 絕熱過(guò)程

TV

TV

Cp

1V

T1

273

2E

0.5

2013-3-

W

904(J

Q 例：溫度為25℃，壓強(qiáng)為1atm1mol原子分子理想氣求：(1)該過(guò)程中氣體對(duì)外所作的(23，解(1)由等溫過(guò)程可 VW V

2.72103(2T2

V)

192

22013-3- 2將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于絕熱過(guò)程方程WE

2.2103W2.21032013-3- 1、熱力學(xué)過(guò)程的相關(guān)概念2、熱力學(xué)第一定律：重QEW

1QEV 1

（氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程3、摩爾熱容量：掌2013-3- 2013-3-

i2

CP

iR2

R

CP

ii4、等容過(guò)程：掌 E

M

5、等壓過(guò)程：掌QEWmC(TT)P(VV)mC(TT 2013-3- 6、等溫過(guò)程：掌

WmRT

M

RTln7、絕熱過(guò)程.掌WE

m

PV

TV1

P1T8、 與等溫線比較：掌數(shù)數(shù)學(xué)方法為物理學(xué)研究 確的形式化語(yǔ)言和表述工具 物理學(xué)史介紹 10月5日，在瑞典斯德哥爾摩舉行的2004 物理學(xué)發(fā)布會(huì)上，一名黑衣男子和一名紅衣女郎拉著一條彩帶現(xiàn)場(chǎng)203-3-

自由”現(xiàn)象中“距離”和“色力”的相互關(guān)系。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)主要貢獻(xiàn)對(duì)夸克的研究使科學(xué)更接近實(shí)現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論0 克·維爾澤克（1951~）的0

物理學(xué)家。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)主要貢獻(xiàn)對(duì)夸克的研究使科學(xué)更接近實(shí)現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論2013-3-

羅斯

的 物理學(xué)家。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)主要貢獻(xiàn)對(duì)夸克的研究使科學(xué)更接近實(shí)現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論2013-5維·波利澤（1949~）的

物理學(xué)家 物理學(xué)前沿介紹 21世紀(jì)科技 題之一：宇宙高齡幾何現(xiàn)代宇宙學(xué)理論告訴我們，宇宙 于“大 ”，宇宙中所有的星系均彼此遠(yuǎn)離，宇宙處于普遍的膨脹之中。因此，如果能夠知道宇宙的膨脹速度，便可直接推算出宇宙的 。宇宙膨脹速度的大小由一個(gè)關(guān)鍵數(shù)值決定，這就是“哈勃常數(shù)”。其值越小，宇宙膨脹得越慢，宇宙達(dá)到目前的規(guī)模所花的時(shí)間也就越長(zhǎng)，即宇宙的 越大；反之，宇宙膨脹得越快，宇宙就越年輕。因此，若以地球?yàn)橹行模恢鄙煺怪量吹靡?jiàn)的宇宙邊緣，其距離就可透露宇宙的 。天文學(xué)家尚未能一致肯定看得見(jiàn)的宇宙究竟有多大，其中一個(gè)主要原因在于 發(fā)生的確實(shí)時(shí)間是個(gè)謎2013-3- 預(yù)習(xí)§3-2熱力學(xué)第二定律（循環(huán)過(guò)程作業(yè)：P151-P153思考題:第3-3題，第3-4題，第3-7題,第3-9題.練習(xí)題:第3-2題，第3-4題，第3-6題?？茖W(xué)方法及其方法論是人類智2013-3- 預(yù)習(xí)§3-1絕熱過(guò)程§3-2熱力學(xué)第二定律（循環(huán)過(guò)程作業(yè)：P152練習(xí)題:第3-2題，第3-6題，第3-7題，第3-8題科學(xué)方法及其方法論是人類智2013-3- 請(qǐng)你思考 ）Kendall歷史上100個(gè)最偉大的發(fā)明之一：電冰箱早期用途實(shí)用的電冰箱：1913年發(fā)明的思想：氣體的性質(zhì)（膨脹和壓縮）2013-3- §3.3熱力學(xué)第本節(jié)重點(diǎn)1、掌握循環(huán)過(guò)2、掌握熱機(jī)的效率和制冷系數(shù)的3、掌握卡諾循環(huán)及效率的計(jì)算2013-3- 第一次技 ：是以英國(guó)為代表的蒸汽機(jī)時(shí)代1705年紐可門制成紐可門蒸汽機(jī) 17761776年，第一臺(tái)實(shí)用型瓦特蒸汽機(jī)在布魯姆菲爾德煤礦投入使用。1783年，被用于威爾金森鐵工廠 1785年，被用于紡紗機(jī) 1787年 的菲奇首先采用蒸汽機(jī)造成一艘汽船1789年，被用于織布機(jī) 1790年以后，開(kāi)始被各個(gè)紡織廠普遍采用 631830年1830年，英國(guó)的整個(gè)紡織業(yè)完成了機(jī)為基本動(dòng)力的機(jī)器大工業(yè)的過(guò)手工業(yè)過(guò)渡到以蒸繼英國(guó)之后歐洲、推廣蒸汽機(jī)，大規(guī)模的蒸汽機(jī)生產(chǎn)與應(yīng)用，很快成為了國(guó)際性的動(dòng)力設(shè)備，從而形成了19世紀(jì)的汽機(jī)時(shí)代1800年以后，又被廣泛運(yùn)用于磨粉、釀酒、造紙、制革等輕工業(yè)部門、林業(yè)部門。1814 的史蒂文森創(chuàng)造了陸 的第一輛機(jī)車 2013-3- 程：引火力發(fā)電廠的熱力循1爐2輪機(jī)3凝器4泵水鍋水 渦輪

冷卻 奧托四沖程排氣點(diǎn)火

進(jìn)氣活33現(xiàn)代“火力發(fā)電廠熱機(jī)：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來(lái)吸收熱20133對(duì)外做功的物質(zhì) 2013-3- 1、循環(huán)ⅡⅠⅡⅠ特征 EWdW

閉合曲線包圍的面系統(tǒng)（工質(zhì)）對(duì)外所作的凈2013-3- 2、正循正循環(huán)（熱機(jī)循環(huán)）：沿順時(shí)針

高溫?zé)醀熱W低低溫?zé)醀

（系統(tǒng)對(duì)外作功pAcAdBopAcAdBoVB3、逆循環(huán)

cA VB

高溫?zé)嶂吕?低溫?zé)岬蜏責(zé)崮嫜h(huán)（致冷循環(huán)）：沿逆時(shí)針WW1W2（系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功2013-3-

24、熱機(jī)的效率在一正循環(huán)中,系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次?/p>

E

2 定義

W 2013-3- 5、制冷系數(shù)在一逆循環(huán)中,外界對(duì)系W冷庫(kù)中吸熱Q2,向外界放出熱量Q1定義

E 制冷系數(shù)越大，，外界消耗的功相同時(shí)，工質(zhì)從冷庫(kù)中取出的熱量越多，制冷效果越佳。2013-3- 例:1mol求:(1)pV(2)

解:(1)pV

- (2)abV

p（10-

V（10mQab

ln

600Rlnbc是等壓過(guò)程

V（10-QbcCpT750R 2013-3- ca

3V(pp)

ca

bc

p（10-1Q

1

012013-3-

V（10- 二、提高熱機(jī)效率1、熱機(jī)的效率：

W

2122、熱機(jī)效率低的原因：3%---3、提高熱機(jī)效率的途徑：卡諾循環(huán)效率最高2013-3- B→CC→D：點(diǎn)火燃

柴油2013-3- 諾循環(huán)(Carnot高溫?zé)釒?kù) 工 低溫?zé)釒?kù)

Carnot(法國(guó)V恒溫?zé)釒?kù)交換熱量2013-3-

卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率TT1 TT P推導(dǎo)

1 V1-2等溫膨脹吸 VQ1

RT1 V

12-3絕熱膨脹TV

TV3-4等溫壓放V

Q2RT2lnV

4-1絕熱收

1T

)1

121

)1提V2013-3- V1通過(guò)卡諾循環(huán)，理論上找到了提高熱機(jī)效率的途徑TT1 TT1驗(yàn)證 蒸汽 柴油 汽油噴氣式 （燃燒溫度越來(lái)越高2013-3- 四、卡諾逆高溫?zé)釒?kù)工 W低溫?zé)釒?kù)

PO制冷系

T 制冷

2013-3- B（冷藏室）：等溫E（壓縮機(jī)）：絕熱2013-3- 和一條等溫線是否可以構(gòu)成一個(gè)循環(huán)？為不可以ⅢⅡⅠ2013-3- 例題2汽油機(jī)可近似看成如圖所示的理想循環(huán)，此循環(huán)也叫奧托循環(huán),其中DE和BC是絕熱過(guò)程，證明熱機(jī)的效率等于1

解 CD為吸

nCV,m

TCEB為放

nV

TB熱機(jī)的效率2013-3-

1

1QEBQEB

CC例題3:0.32kg的氧氣作如本題圖所示的循環(huán)，循環(huán)路徑為V2＝2V1，T1＝300K，T2＝200K，求循環(huán)效率。設(shè)氧氣可以aadbcV解 a-b過(guò)程為等溫過(guò)mQ1W1m

1.728104b-c E TT

V 1058.31(2002m2.0775104mc-d

1.1521042013-3- d-a

Q4ECV,mT1T2510 8.313002002.0775104

2.07752.0775 5.4% 1.728 W

2122013-3- 例題一個(gè)卡諾致冷機(jī)從0℃的水中吸收熱量制冰，向27℃境放熱。若將5.0k的水變成同溫度的冰（冰的熔解熱為3.35×105J－1），（）放到環(huán)境的熱量為多少？（2）最少必須供給致冷機(jī)多少能量？解 （1）設(shè)此致冷機(jī)從低溫?zé)嵩次盏臒崃繛镼2，則5.0kg的水變成同溫度的冰時(shí)致冷機(jī)吸收的熱量22

300

（2）設(shè)最少必須供給致冷機(jī)的能量為W，22013-3-15 1.66105 2 1、正循環(huán)、逆循環(huán)的概念：掌2、熱機(jī)的效率：重 W

2123、制冷系數(shù)：重 213-

高熱機(jī)效率的途徑。重 TT5、卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率：掌 1 TT16、卡諾逆循環(huán)的制冷系數(shù)：掌握

2013-3- 物理學(xué)史介紹 屠守鍔(19172013-3-

浙江省湖州市人，火箭技術(shù)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)，中 ，國(guó)際宇。1940年畢業(yè)于西南聯(lián)合大學(xué)，1941年赴麻省理工學(xué)院航空工程系留學(xué)，獲碩士。1945年回國(guó).從50年代后期起，作為開(kāi)創(chuàng)人之一，投身于我國(guó)與航天道式地地中近程、中程的副總設(shè)計(jì)師，洲際和長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭的總設(shè)計(jì)師，帶領(lǐng)科技突破了一系列技術(shù)“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者物理學(xué)史介紹：物理學(xué)史介紹：1997年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)2013-3-

StevenChu

主要貢獻(xiàn)1997年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)主要貢獻(xiàn)Phillips（1948~

激光冷卻和捕陷原子物理學(xué)家2013-3- 1997年榮 物理學(xué)獎(jiǎng)C.C.塔諾季(1933-)

主要貢獻(xiàn)2013-3- 物理學(xué)前沿介紹 21世紀(jì)科技 題之一：能源科學(xué)難題：“想的能源”能否變?yōu)楝F(xiàn)把海洋中的無(wú)窮盡的氫氦作為早就有人說(shuō)它是把人類從能源桎梏中解放出來(lái)的“夢(mèng)想的能源”。、、、歐洲都進(jìn)行過(guò)這方面的開(kāi)發(fā)，并且確實(shí)在穩(wěn)步地接近目標(biāo)，但現(xiàn)在還沒(méi)有最后2013-3- 預(yù)習(xí)：熱力學(xué)練習(xí)題:第3-9題，第3-14物理學(xué)研究的兩個(gè)尖端：粒子物理（高能物理）和天體物2013-3- 請(qǐng)你思考 ）Kendall 紐約的WillsCarrier發(fā)明。實(shí)用的家用空調(diào)：1947年發(fā)明的思想：氣體的性質(zhì)（膨脹和壓縮）2013-3- §3.3學(xué)第§3.4熵1、掌握可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程的概念2、掌握并理解熱力學(xué)第二定律的兩種標(biāo)準(zhǔn)3、掌握宏觀態(tài)、微觀態(tài)、熱力學(xué)概率（Ω）4、掌握熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義5、掌握玻爾茲曼熵公式2013-3- 一、可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程:重自發(fā)過(guò)程：是指在不受外界干擾的條件下進(jìn)行的過(guò)程舉例

功熱2013-3- 2、可逆過(guò)程：若系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程，而過(guò)程的每一步可沿相反的方向進(jìn)行，同時(shí)不引起外界的任何變化，那么這個(gè)過(guò)程就稱為可逆過(guò)程。說(shuō)明：無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是可逆過(guò)程（是理想過(guò)程）3、不可逆過(guò)程：如對(duì)于某一過(guò)程，用任何方法都不能使統(tǒng)和外界恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，該過(guò)程就是不可逆舉例 （1）擴(kuò)散不可逆（2）2013-3- 結(jié)論：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程不平衡和耗散等因素的存在，是導(dǎo)致過(guò)程不可逆的原因2013-3- 問(wèn)題1:判別以下三種說(shuō)法的對(duì)錯(cuò)系統(tǒng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一個(gè)正循環(huán)后，不但系統(tǒng)本身沒(méi)有變化，而且外界也沒(méi)有變化；，則系統(tǒng)本身以及外界都沒(méi)有任何變化正確錯(cuò)誤錯(cuò)誤2013-3- 二、熱力學(xué)第二定律1、開(kāi)爾文表述（1851年）：重

Kelvin英說(shuō)明：(1敘述形式:第二類永動(dòng)(2文表述實(shí)際上表明

1 功(機(jī)械能：有序運(yùn)動(dòng) 熱(內(nèi)能：無(wú)序運(yùn)動(dòng)2013-3- 2、克勞修斯表述（1850年）：重說(shuō)明：(1)克勞修斯表述的另一敘述(2

W

不可能為32013-3-15表述的原因：(a代表性(b歷史與

討論2013-3- 開(kāi)爾文表述說(shuō)明熱功轉(zhuǎn)換是不可逆的完完功熱不完克勞修斯表述說(shuō)明熱傳導(dǎo)是不可逆的自自發(fā)傳非自發(fā)傳物物問(wèn)題2:根據(jù)熱力學(xué)第二定律判斷下面說(shuō)法是否正確？（l）功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱不能全部轉(zhuǎn)化為功；（2）熱量能從高溫物體傳向低溫物體，但不能從低溫物體傳向高溫物體。錯(cuò)誤錯(cuò)誤2013-3- 三、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意ABabcdABabcd宏觀態(tài)：A、容器中各有多少分子的狀態(tài)微觀態(tài)：A、容器中各有哪些分子的狀態(tài)熱力學(xué)概率（Ω）：某種宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目2、四個(gè)分子的分布情況2013-3- 左4，右0，狀態(tài)數(shù)1；左3，右1，狀態(tài)數(shù)左0，右4，狀態(tài)數(shù)1；左1，右3，狀態(tài)數(shù)04粒子情況，總狀態(tài)數(shù)164右00右4，幾率各為1/16；左3右11右3，幾率各為1/42右2率為3/8。

應(yīng)微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)其出現(xiàn)的幾率最2013-3- 結(jié)論平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下Ω最大的3、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義：重孤立系統(tǒng)所發(fā)生的過(guò)程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)進(jìn)行，從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)進(jìn)行。2013-3- 4、分析幾個(gè)不可逆過(guò)程熱傳導(dǎo)功熱轉(zhuǎn)換功(機(jī)械能：有序運(yùn)動(dòng) 熱(內(nèi)能：無(wú)序運(yùn)動(dòng)2013-3- 四、玻爾茲曼熵（Entropy）公式：1、玻爾茲曼熵

普朗克定義2013-3-

Skln

11系統(tǒng)某一狀值越大，微觀態(tài)數(shù)就越多，系統(tǒng)就越混亂越無(wú)序。孤立系統(tǒng)總是傾向說(shuō)明一個(gè)系統(tǒng)的熵是該系統(tǒng)的可能微觀態(tài)的量度，是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性的一種量度。熵是一2013-3- 2、熵增原理：理Ω2ΩΩ2Ω1(自動(dòng)

S2

S

kln2

(等號(hào)僅適用于可逆過(guò)孤立系統(tǒng)的熵永不會(huì)減少，這一結(jié)論稱為熵增原理說(shuō)明：熵增原理只能應(yīng)用于孤立系統(tǒng)，對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)2013-3-15是可以減

五、卡諾定理：重在溫度分別為T1與T2的兩個(gè)給定熱源之間工作的一切可逆熱機(jī)，其效率相同，都等于理想氣體可逆卡諾熱機(jī)的可逆

1

1在相同的高、低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)，其效率都不可能大于可逆熱機(jī)的效率。 1 1不可 可 2013-3- 說(shuō)明）以提高熱機(jī)效率。2013-3- 六、熵（Entropy）：了2定義：狀態(tài)函數(shù)熵

S1 無(wú)限小的可逆過(guò)程 dST

物理意dQdQdE

熱力學(xué)基本關(guān)系式或熱力學(xué)定律的基本微分方程綜合熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的微分方程2013-3- 討論1、能量（energy）和熵（entropy）能量量度運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的能力，熵量度運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)換的能力2、熵（entropy）是胡剛復(fù)教授（1923.5.25)(東南大學(xué))翻譯時(shí)給出多，系統(tǒng)就 ，越無(wú)序4、過(guò)程是可逆過(guò)程，若不，需設(shè)計(jì)一個(gè)可逆過(guò)程

（普朗克

（胡剛復(fù)2013-3- 5、熵的宏觀意義：熵是系統(tǒng)不可用能的標(biāo)志。了E=E可+E不 dE=dE可+dE不dE -dE可=dE不說(shuō)明熵增意味著能 能 是可用能減少，不可用能增加的代名詞2013-3- 熱力學(xué)第二定律的詰難：熱寂（溫度處處均勻的熱平衡態(tài)）。地球的 . 了解觀點(diǎn)：宇宙無(wú)限， 理論（哈勃太空望遠(yuǎn)鏡）2013-3- 理解熵高：概率大 、分散、無(wú)序、無(wú)用能多物態(tài)變化：固體---液 氣體，熵值變得越來(lái)越大隨熵的增大物質(zhì)的有序度下降 度增加2013-3- Maxwelldemon（妖）：精靈。無(wú)序到有序，給系統(tǒng)輸入物質(zhì)能量。了解明確了信息與熵的定量關(guān)系2013-3- 七、熵的應(yīng)用和研究：了1、信息量大小與有序度，信息熵信息量：事物不確定性的量度，信息熵S的減少意味著信息里面所含的信息量增加。熵是關(guān)于體系精確狀態(tài)所缺乏的那些信息的量度，系統(tǒng)總是朝著信息量減少的方向演化。2、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)（多樣化模式與穩(wěn)定性等）2013-3- 3、社會(huì)思潮與社會(huì)的穩(wěn)定性4、管理科學(xué)和社會(huì)科學(xué)企業(yè)管 ，經(jīng)濟(jì)過(guò)熱是熵太大5、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)熵與土壤系統(tǒng)熵6、熵與生命dSdeS(熵流diS(如果deS為負(fù)值，其絕對(duì)值又大于diSdSdeSdiS0這時(shí)總熵可以逐步減少，使系統(tǒng)2013-3- 收熱量，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其它變化。2熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。重點(diǎn)3二定律的實(shí)質(zhì)：是揭示了自然界的一切自發(fā)2013-3- 4、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義（重點(diǎn)）孤立系統(tǒng)所5、玻爾茲曼熵公式（了解

Skln亂越無(wú)序。孤立系統(tǒng)總是傾向于熵值最大。6、熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵永不會(huì)減少。了SS2k 2

(等號(hào)僅適用于可逆過(guò)程2013-3-

一、高真空技術(shù)與低二、自組織現(xiàn)象：系 由無(wú)序變?yōu)橛行?，按一定?guī)律運(yùn)動(dòng)生 及進(jìn)化；自然界中出現(xiàn)的石紋、云街、雪花等1納德2光現(xiàn)3、時(shí)空有序化學(xué)反應(yīng)——B-Z反應(yīng)4、生命系2013-3- 物理學(xué)前沿瞭 散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)是普里高津（比利時(shí)）于1964 一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開(kāi)放系統(tǒng)（包括物理的、化學(xué)的、生物、社會(huì)的），在外界條件變化達(dá)到某一特定值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)不斷地與外界交換能量和物質(zhì)，就有可能從原來(lái)的無(wú)序狀