熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理第一章3課件

§1.8理想氣體的絕熱過程一、理想氣體(準(zhǔn)靜態(tài))絕熱過程的過程方程又有熱力學(xué)第一定律理想氣體物態(tài)方程準(zhǔn)靜態(tài)過程絕熱過程理想氣體的定容熱容量兩邊微分得得整理得---絕熱過程中系統(tǒng)熱力學(xué)量滿足的函數(shù)關(guān)系式在絕熱過程中,還成立嗎?§1.8理想氣體的絕熱過程一、理想氣體(準(zhǔn)靜態(tài))絕熱過程理想氣體在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中所經(jīng)歷的各個狀態(tài)，壓強(qiáng)與體積的次方的乘積是恒定不變的。

在理想氣體圖上絕熱線比等溫線為什么更陡？若理想氣體的溫度在過程中變化不大，可把看作常數(shù)，則有（理想氣體絕熱過程的過程方程）

絕熱線等溫線理想氣體在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中所經(jīng)歷的各個狀態(tài)，壓強(qiáng)與體積二、理想氣體的多方過程多方過程的過程方程為多方系數(shù),不是摩爾數(shù)多方過程的熱容量對于理想氣體由和可得（以1摩爾理想氣體為例）（理想氣體絕熱過程的過程方程）

（1）“常數(shù)”并不相同。（2）可通過測定在該氣體中的聲速來確定。二、理想氣體的多方過程多方過程的過程方程為多方系數(shù),不是摩爾對兩邊微分，得所以等溫過程絕熱過程等壓過程等容過程對兩邊微分，得所以等溫過程絕熱過程等（1）熱機(jī)：通過工作物質(zhì)所進(jìn)行的過程，不斷把其所吸收的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的裝置。§1.9理想氣體的卡諾循環(huán)一、等溫過程對于理想氣體，在等溫過程有（3）卡諾循環(huán)：由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。以理想氣體為例，研究這兩個過程。氣體體積由變到時，外界作的功為（2）循環(huán)：系統(tǒng)從初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列過程，又回到初態(tài)，為一個循環(huán)。（此時為常數(shù)）（1）熱機(jī)：通過工作物質(zhì)所進(jìn)行的過程，不斷把其所吸收的熱量轉(zhuǎn)對于理想氣體，在絕熱過程有由熱力學(xué)第一定律可知上式表明：在等溫膨脹過程中，理想氣體從外界吸收熱量，這熱量全部轉(zhuǎn)化為氣體對外所作的功；在等溫壓縮過程中，外界對氣體作功，這功通過氣體轉(zhuǎn)化為熱量而放出。根據(jù)焦耳定律，等溫過程的理想氣體內(nèi)能不變，即所以理想氣體在過程中從熱源吸收的熱量為二、絕熱過程對于理想氣體，在絕熱過程有由熱力學(xué)第一定律可知上式表明有當(dāng)理想氣體的體積在該過程中由變到時，外界作的功為對于理想氣體所以

這表明：在絕熱壓縮過程中，外界對氣體作功，這功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能而使氣體的溫度升高。在絕熱膨脹過程中，外界對氣體作負(fù)功，實(shí)際上是氣體對外界做功，這功是由氣體在過程中減少的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來的,氣體內(nèi)能減少，其溫度下降。有當(dāng)理想氣體的體積在該過程中由變到時，外界作的三、理想氣體的卡諾循環(huán)pVT1ⅠⅡ1、等溫膨脹過程Ⅲ2、絕熱膨脹過程T2Ⅳ3、等溫壓縮過程4、絕熱壓縮過程四個過程中，氣體從外界吸收的熱量分別為整個循環(huán)過程中，氣體從外界吸收的熱量順時針為正，逆時針為逆三、理想氣體的卡諾循環(huán)pVT1ⅠⅡ1、等溫膨脹過程Ⅲ2、整個循環(huán)過程完成后，氣體回到原來的狀態(tài)，內(nèi)能作為狀態(tài)函數(shù)其變化為零，即由熱力學(xué)第一定律得，氣體對外所作的凈功pVT1ⅠⅡⅢT2Ⅳ（理想氣體的卡諾循環(huán)）整個循環(huán)過程完成后，氣體回到原來的狀態(tài)，內(nèi)能作為狀卡諾循環(huán)的逆過程為制冷機(jī)至此，由上式可知，以理想氣體為工作物質(zhì)、循環(huán)為卡諾循環(huán)的熱機(jī)，其熱功轉(zhuǎn)化效率的大小只取決于兩個熱源的溫度。四、熱機(jī)效率效率恒小于1，原因是氣體只把它從高溫?zé)嵩次盏臒岬囊徊糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械功，其余熱量在低溫?zé)嵩捶懦隽?。思?(1)不是以理想氣體為工作物質(zhì)但循環(huán)為卡諾循環(huán)的熱機(jī)?(2)以理想氣體為工作物質(zhì)，但循環(huán)不是卡諾循環(huán)的熱機(jī)其效率為何，仍取決于兩個熱源的溫度嗎？卡諾循環(huán)的逆過程為制冷機(jī)至此，由上式可知，以理想氣體為§1.10熱力學(xué)第二定律違反第一定律的熱現(xiàn)象肯定不能發(fā)生，但不違背第一定律的熱現(xiàn)象就一定能發(fā)生嗎？熱一定律指出各種形式的能量在相互轉(zhuǎn)化的過程中滿足能量守恒定律，但對過程進(jìn)行的方向卻沒有給出任何限制。在實(shí)際發(fā)生的過程中如果涉及熱量或內(nèi)能與其它形式能量的轉(zhuǎn)化，則所有過程都是具有方向性?？藙谛匏购烷_爾文分別在1850年和1851年審查了卡諾的工作，指出要證明卡諾定理需要有一個新的原理，從而發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律。思考：熱量能自發(fā)的從低溫物體傳遞給高溫物體嗎？（不違反第一定律）熱力學(xué)第二定律解決的就是與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過程的方向問題?！?.10熱力學(xué)第二定律違反第一定律的熱現(xiàn)克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。開氏表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化。說明：（1）在引起其它變化的情形下，從單一熱源吸收熱量并全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功是可以實(shí)現(xiàn)的一、熱力學(xué)第二定律的兩種典型表述（2）同樣在引起其他變化的情形下，可以把熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩矗ㄈ缋硐霘怏w的逆卡諾循環(huán)）。1、“不引起其它變化”：

（如理想氣體等溫膨脹，就是從熱源吸收熱量全部對外作功，這時的“其他變化”是：氣體體積膨脹了。）；克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引2、“不可能”：熱力學(xué)第二定律的開氏說法也可表述為第二類永動機(jī)是不可能造成的。3、“單一熱源”：均勻熱源。二、第二類永動機(jī)能夠從單一熱源（如大氣或海洋）吸熱，使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器，成為第二類永動機(jī)。不論用任何曲折復(fù)雜的方法，在全部過程終了時，其最終的唯一效果是從單一熱源吸熱而將之完全變成有用功或?qū)崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體在不引起其他變化的情況下是不可能的。2、“不可能”：熱力學(xué)第二定律的開氏說法也可表述為第三、克氏表述和開氏表述的等價性1、若克氏表述不成立，則開氏表述也不成立?？紤]一個卡諾循環(huán)，工作物質(zhì)從高溫吸收熱量，在低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?，對外作功。如果克氏不成立，可以將熱量從熱?/p>

送到熱源而不引起其它變化，則全程的最終效果為從熱源吸熱，將之完全變成有用功，這樣開氏表述也就不能成立?？耸媳硎觯翰豢赡馨褵崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體而不引起其它變化。開氏表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化。三、克氏表述和開氏表述的等價性1、若克氏表述不成立，則開氏表2、若開氏表述不成立，則克氏表述也不成立。如果開氏表述不成立，一個熱機(jī)能夠從熱源

吸收熱量使之全部轉(zhuǎn)化為有用功，就可以利用這個功來帶動一個逆卡諾循環(huán)，整個過程的最終效果是將熱量從低溫?zé)嵩磦鲗?dǎo)高溫?zé)嵩炊匆鹌渌兓?。這樣克氏表述也就不成立了。克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。開氏表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化。2、若開氏表述不成立，則克氏表述也不成立。如果開氏表精品課件！精品課件！精品課件！精品課件！三、可逆過程、不可逆過程不可逆過程：如果一個過程發(fā)生后，不論用任何復(fù)雜曲折的方法都不可能把它留下的后果完全消除而使一切恢復(fù)原狀?？赡孢^程：如果一個過程發(fā)生后，它所產(chǎn)生的影響可以完全消除而令一切恢復(fù)原狀。如熱傳遞、功變熱。(無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程)自然界的不可逆過程是相互關(guān)聯(lián)的。由一個過程的不可逆性可推斷出另一個過程的不可逆性?？耸媳硎龊烷_氏表述等效的證明就是不可逆過程相互推斷的一個例子，這也決定了熱力學(xué)第二定律可以有各種不同的說法。但不論具體的說法如何，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于指出一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過程都有其自發(fā)進(jìn)行的方向，是不可逆的。三、可逆過程、不可逆過程不可逆過程：如果一個過程發(fā)生后，不論§1.8理想氣體的絕熱過程一、理想氣體(準(zhǔn)靜態(tài))絕熱過程的過程方程又有熱力學(xué)第一定律理想氣體物態(tài)方程準(zhǔn)靜態(tài)過程絕熱過程理想氣體的定容熱容量兩邊微分得得整理得---絕熱過程中系統(tǒng)熱力學(xué)量滿足的函數(shù)關(guān)系式在絕熱過程中,還成立嗎?§1.8理想氣體的絕熱過程一、理想氣體(準(zhǔn)靜態(tài))絕熱過程理想氣體在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中所經(jīng)歷的各個狀態(tài)，壓強(qiáng)與體積的次方的乘積是恒定不變的。

在理想氣體圖上絕熱線比等溫線為什么更陡？若理想氣體的溫度在過程中變化不大，可把看作常數(shù)，則有（理想氣體絕熱過程的過程方程）

絕熱線等溫線理想氣體在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程中所經(jīng)歷的各個狀態(tài)，壓強(qiáng)與體積二、理想氣體的多方過程多方過程的過程方程為多方系數(shù),不是摩爾數(shù)多方過程的熱容量對于理想氣體由和可得（以1摩爾理想氣體為例）（理想氣體絕熱過程的過程方程）

（1）“常數(shù)”并不相同。（2）可通過測定在該氣體中的聲速來確定。二、理想氣體的多方過程多方過程的過程方程為多方系數(shù),不是摩爾對兩邊微分，得所以等溫過程絕熱過程等壓過程等容過程對兩邊微分，得所以等溫過程絕熱過程等（1）熱機(jī)：通過工作物質(zhì)所進(jìn)行的過程，不斷把其所吸收的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的裝置?！?.9理想氣體的卡諾循環(huán)一、等溫過程對于理想氣體，在等溫過程有（3）卡諾循環(huán)：由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。以理想氣體為例，研究這兩個過程。氣體體積由變到時，外界作的功為（2）循環(huán)：系統(tǒng)從初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列過程，又回到初態(tài)，為一個循環(huán)。（此時為常數(shù)）（1）熱機(jī)：通過工作物質(zhì)所進(jìn)行的過程，不斷把其所吸收的熱量轉(zhuǎn)對于理想氣體，在絕熱過程有由熱力學(xué)第一定律可知上式表明：在等溫膨脹過程中，理想氣體從外界吸收熱量，這熱量全部轉(zhuǎn)化為氣體對外所作的功；在等溫壓縮過程中，外界對氣體作功，這功通過氣體轉(zhuǎn)化為熱量而放出。根據(jù)焦耳定律，等溫過程的理想氣體內(nèi)能不變，即所以理想氣體在過程中從熱源吸收的熱量為二、絕熱過程對于理想氣體，在絕熱過程有由熱力學(xué)第一定律可知上式表明有當(dāng)理想氣體的體積在該過程中由變到時，外界作的功為對于理想氣體所以

這表明：在絕熱壓縮過程中，外界對氣體作功，這功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能而使氣體的溫度升高。在絕熱膨脹過程中，外界對氣體作負(fù)功，實(shí)際上是氣體對外界做功，這功是由氣體在過程中減少的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來的,氣體內(nèi)能減少，其溫度下降。有當(dāng)理想氣體的體積在該過程中由變到時，外界作的三、理想氣體的卡諾循環(huán)pVT1ⅠⅡ1、等溫膨脹過程Ⅲ2、絕熱膨脹過程T2Ⅳ3、等溫壓縮過程4、絕熱壓縮過程四個過程中，氣體從外界吸收的熱量分別為整個循環(huán)過程中，氣體從外界吸收的熱量順時針為正，逆時針為逆三、理想氣體的卡諾循環(huán)pVT1ⅠⅡ1、等溫膨脹過程Ⅲ2、整個循環(huán)過程完成后，氣體回到原來的狀態(tài)，內(nèi)能作為狀態(tài)函數(shù)其變化為零，即由熱力學(xué)第一定律得，氣體對外所作的凈功pVT1ⅠⅡⅢT2Ⅳ（理想氣體的卡諾循環(huán)）整個循環(huán)過程完成后，氣體回到原來的狀態(tài)，內(nèi)能作為狀卡諾循環(huán)的逆過程為制冷機(jī)至此，由上式可知，以理想氣體為工作物質(zhì)、循環(huán)為卡諾循環(huán)的熱機(jī)，其熱功轉(zhuǎn)化效率的大小只取決于兩個熱源的溫度。四、熱機(jī)效率效率恒小于1，原因是氣體只把它從高溫?zé)嵩次盏臒岬囊徊糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械功，其余熱量在低溫?zé)嵩捶懦隽?。思?(1)不是以理想氣體為工作物質(zhì)但循環(huán)為卡諾循環(huán)的熱機(jī)?(2)以理想氣體為工作物質(zhì)，但循環(huán)不是卡諾循環(huán)的熱機(jī)其效率為何，仍取決于兩個熱源的溫度嗎？卡諾循環(huán)的逆過程為制冷機(jī)至此，由上式可知，以理想氣體為§1.10熱力學(xué)第二定律違反第一定律的熱現(xiàn)象肯定不能發(fā)生，但不違背第一定律的熱現(xiàn)象就一定能發(fā)生嗎？熱一定律指出各種形式的能量在相互轉(zhuǎn)化的過程中滿足能量守恒定律，但對過程進(jìn)行的方向卻沒有給出任何限制。在實(shí)際發(fā)生的過程中如果涉及熱量或內(nèi)能與其它形式能量的轉(zhuǎn)化，則所有過程都是具有方向性。克勞修斯和開爾文分別在1850年和1851年審查了卡諾的工作，指出要證明卡諾定理需要有一個新的原理，從而發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律。思考：熱量能自發(fā)的從低溫物體傳遞給高溫物體嗎？（不違反第一定律）熱力學(xué)第二定律解決的就是與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過程的方向問題。§1.10熱力學(xué)第二定律違反第一定律的熱現(xiàn)克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。開氏表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化。說明：（1）在引起其它變化的情形下，從單一熱源吸收熱量并全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功是可以實(shí)現(xiàn)的一、熱力學(xué)第二定律的兩種典型表述（2）同樣在引起其他變化的情形下，可以把熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩矗ㄈ缋硐霘怏w的逆卡諾循環(huán)）。1、“不引起其它變化”：

（如理想氣體等溫膨脹，就是從熱源吸收熱量全部對外作功，這時的“其他變化”是：氣體體積膨脹了。）；克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引2、“不可能”：熱力學(xué)第二定律的開氏說法也可表述為第二類永動機(jī)是不可能造成的。3、“單一熱源”：均勻熱源。二、第二類永動機(jī)能夠從單一熱源（如大氣或海洋）吸熱，使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器，成為第二類永動機(jī)。不論用任何曲折復(fù)雜的方法，在全部過程終了時，其最終的唯一效果是從單一熱源吸熱而將之完全變成有用功或?qū)崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體在不引起其他變化的情況下是不可能的。2、“不可能”：熱力學(xué)第二定律的開氏說法也可表述為第三、克氏表述和開氏表述的等價性1、若克氏表述不成立，則開氏表述也不成立?？紤]一個卡諾循環(huán)，工作物質(zhì)從高溫吸收熱量，在低溫?zé)嵩捶懦鰺崃?，對外作功。如果克氏不成立，可以將熱量從熱?/p>

送到熱源而不引起其它變化，則全程的最終效果為從熱源吸熱，將之完全變成有用功，這樣開氏表述也就不能成立?？耸媳硎觯翰豢赡馨褵崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體而不引起其它變化。開氏表述