高中物理競(jìng)賽課件第七章-熱力學(xué)基礎(chǔ)-

熱力學(xué)－－研究熱現(xiàn)象的宏觀理論

熱力學(xué):從能量觀點(diǎn)出發(fā),以觀察和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù),分析研究物態(tài)變化過(guò)程中有關(guān)熱功轉(zhuǎn)化的關(guān)系和條件.熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)1熱力學(xué)－－研究熱現(xiàn)象的宏觀理論熱力學(xué):從能量觀點(diǎn)出發(fā)第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)（Basesofthermodynamics)§7.1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程§7.2熱力學(xué)第一定律§7.3熱力學(xué)第一定律對(duì)等值過(guò)程應(yīng)用§7.4絕熱過(guò)程，多方過(guò)程§7.5循環(huán)過(guò)程，卡諾循環(huán)§7.6熱力學(xué)第二定律§7.7可逆過(guò)程和可逆過(guò)程，卡諾定理§7.8熵和熵增加原理§7.9熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義2第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程§7.3熱力學(xué)第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1熱力學(xué)第一定律§7.2第一定律對(duì)于等值過(guò)程的應(yīng)用§7.3絕熱過(guò)程多方過(guò)程§7.4循環(huán)過(guò)程§7.5熱力學(xué)第二定律3第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1熱力學(xué)第一定律§7.3絕

熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程

卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率致冷系數(shù)熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷系數(shù)摩爾熱容多方過(guò)程過(guò)程量功、熱量狀態(tài)量、內(nèi)能；狀態(tài)方程4熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率

熱力學(xué)第二定律開(kāi)氏表述dV=0；P/T=CQ=ΔE

+A

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用dP=0；V/T=CdT=0；PV=CdQ=0；PVr=CPVn=C；n=0，1，，ΔE=0；Q1-Q2=A凈第二定律克氏表述5熱力學(xué)第二定律開(kāi)氏表述dV=0；P/T=CQ=ΔE

熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程

卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率致冷系數(shù)熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷系數(shù)摩爾熱容多方過(guò)程6熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率一、關(guān)于熱力學(xué)的一些基本概念1.熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究對(duì)象，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）1。開(kāi)放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既有能量傳遞，又有質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。2。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒(méi)能量傳遞，又沒(méi)質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。3。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界只有能量傳遞，沒(méi)有質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。（a）一般系統(tǒng)：與外界既有功又有熱量的傳遞（b）透熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有功的交換但有熱量的傳遞（c）絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有熱量的傳遞但有功的交換2.熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間變化的過(guò)程非靜態(tài)過(guò)程（非平衡過(guò)程）——實(shí)際過(guò)程§7.1熱力學(xué)第一定律7一、關(guān)于熱力學(xué)的一些基本概念1。開(kāi)放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既有能量

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（平衡過(guò)程）——理想過(guò)程：過(guò)程所經(jīng)歷的所有中間狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)。P—V圖上P—T圖上V—T圖上平衡態(tài)——一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程——一條曲線3.系統(tǒng)的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能V∴內(nèi)能是狀態(tài)參量的函數(shù)，內(nèi)能的變化由狀態(tài)變化單值決定?！ぁ1(T1)2(T2)8準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（平衡過(guò)程）——理想過(guò)程：過(guò)程所經(jīng)歷的所4.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功

對(duì)體系作功能使體系的溫度升高，從而增加物體的內(nèi)能。所以做功是體系與外界能量交換的一種方法。是外界有序運(yùn)動(dòng)的能量和系統(tǒng)內(nèi)分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)的能量的轉(zhuǎn)換——能量傳遞的宏觀形式。A=12pdVVVòpdlSp1212pdoVVVVdlF=dA.pSdl==pdV94.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功對(duì)體系作功能使體系的溫度升高，從而

功的幾何意義:功在數(shù)值上等于p~V

圖上過(guò)曲線下的面積。ababpVomnVV..n>ambAanbA功和所經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)5.熱量

熱量不是一種物質(zhì)，它是物質(zhì)之間進(jìn)行能量交換的一種方式，這種方式是通過(guò)分子的熱運(yùn)動(dòng)以及分子間的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)的——能量傳遞的微觀形式。C—物質(zhì)的比熱容10功的幾何意義:功在數(shù)值上等于p~V圖上過(guò)曲線下實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)系統(tǒng)QA△E（系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化）從使系統(tǒng)的狀態(tài)改變這一點(diǎn)上傳熱和作功是等效的。二、熱力學(xué)第一定律EAE=12+Q物理意義：包括熱量在內(nèi)的能量守恒定律

表明：熱（無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)）和功（有規(guī)則運(yùn)動(dòng)）的轉(zhuǎn)換可通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)能變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一微小的過(guò)程第一定律可表示為：A=dddE+Q11實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)系統(tǒng)QA△E（系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化）從使系統(tǒng)的狀態(tài)改1.Q是一個(gè)過(guò)程量2.正負(fù)號(hào)的規(guī)定:3.熱力學(xué)第一定律適用于任何系統(tǒng)的任何過(guò)程（包括非靜態(tài)過(guò)程）4.對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程熱力學(xué)第一定律可表達(dá)為：21=EE+pdVQò注意：EAE=12+Q121.Q是一個(gè)過(guò)程量2.正負(fù)號(hào)的規(guī)定:3.熱力學(xué)第一定律適用于§7.2

熱力學(xué)第一定律對(duì)于理想氣體等值過(guò)程的應(yīng)用13§7.2熱力學(xué)第一定律131414二、三種等值過(guò)程V熱源Q1.等容過(guò)程TT12pVoab..過(guò)程方程：15二、三種等值過(guò)程V熱源Q1.等容過(guò)程TT12pVoab..過(guò)特征：dp=0（吸熱）等容降壓：（放熱）12p21o..VVV

2.等壓過(guò)程熱源pQTT12pVoab..16特征：dp=0（吸熱）等容降壓：（放熱）12p21o..吸熱放熱3.等溫過(guò)程恒溫大熱源TTQ特征：dT=012p21o..VVV17吸熱放熱3.等溫過(guò)程恒溫大熱源TTQ特征：dT=012p過(guò)程方程：PV=常量吸熱放熱pV1122ppIII..oVV18過(guò)程方程：PV=常量吸熱放熱pV1122ppIII..oVV特征：dQ=0IIIpVo..一、絕熱過(guò)程絕熱套1.準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程§7.3絕熱過(guò)程多方過(guò)程19特征：dQ=0IIIpVo..一、絕熱過(guò)程絕熱套1.準(zhǔn)靜(2).絕熱過(guò)程中P，V，T三者同時(shí)變化例：絕熱膨脹V↑→A>0→△E<O→T↓→P↓↓↑↓20(2).絕熱過(guò)程中P，V，T三者同時(shí)變化例：絕熱膨脹V↑(3).絕熱過(guò)程的過(guò)程方程RTpmV=M

RdTVdppdV=Mm+(2)dA=dEpdV=VMm

CdT(1)(1)、(2)中消去dT，得：VCγ=p兩邊積分γlnV=-lnp+CˊVCγ=lnp′′21(3).絕熱過(guò)程的過(guò)程方程RTpmV=MRdTVdppd

泊松方程(絕熱方程)γp=VCCγp=γ1T2

將理想氣體狀態(tài)方程代入上式，并從中消去p

或V

就可以得到另外兩個(gè)泊松方程：=VCγT1122泊松方程γp=VCCγp=γ1T2將理想氣體狀（4）.絕熱線與等溫線比較絕熱線比等溫線陡b.數(shù)學(xué)解釋：pV=Cdp=+dVpV0等溫過(guò)程：絕熱過(guò)程：pV=CγV+dpVV=γpγγ10d(Qdp)dp=pQγVdV絕熱等溫pVoA.a.圖形上：dV(dp)TdppV=TdVdpdpTQ＞AAdVdV23（4）.絕熱線與等溫線比較絕熱線比等溫線陡b.數(shù)學(xué)解釋：pVc.物理解釋：膨脹相同的體積絕熱比等溫壓強(qiáng)下降得快絕熱VnpVnpVTp等溫24c.物理解釋：膨脹相同的體積絕熱比等溫壓強(qiáng)下降得快絕VnpV[例]設(shè)有8g氧氣，體積為0.41×10-3m3,溫度為300K，如氧氣作絕熱膨脹，膨脹后的體積為4.10×10-3m3。問(wèn)氣體作功多少？如氧氣作等溫膨脹，膨脹后的體積也是4.10×10-3m3

，問(wèn)這時(shí)氣體作功多少？A=Mmmol2V1ln1VRT=1.44×103(J)氣體若作等溫膨脹，所作的功為：2VγT121=VγT11A=941(J)解：氣體若作絕熱膨脹，所作的功為：25[例]設(shè)有8g氧氣，體積為0.41×10-3m3,溫度∵絕熱過(guò)程而A=0始末兩態(tài)滿足狀態(tài)方程2.非靜態(tài)絕熱過(guò)程——絕熱自由膨脹真空26∵絕熱過(guò)程而A=0始末兩態(tài)滿足2.非靜態(tài)絕熱過(guò)程——絕熱解:(1)由絕熱過(guò)程方程：例7-41mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱至體積增大1倍,再等體加熱至壓力增大1倍,最后再經(jīng)絕熱膨脹,使其溫度降至初始溫度,如圖所示,試求:(1)狀態(tài)d的體積Vd;(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功;(3)整個(gè)過(guò)程吸收的熱量.p2p1p12v1v1oabcdv根據(jù)題意：27解:(1)由絕熱過(guò)程方程：例7-41mol單原子理想p2p1p12v1v1oabcdv(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功;28p2p1p12v1v1oabcdv(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功方法一：p2p1p12v1v1oabcdv(3)整個(gè)過(guò)程吸收的熱量.方法二：對(duì)abcd整個(gè)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律29方法一：p2p1p12v1v1oabcdv(3)整個(gè)過(guò)程吸收解：因此：導(dǎo)熱板活塞則得：30解：因此：導(dǎo)熱板活塞則得：30pv（吸熱）(放熱)acbd31pv（吸熱）(放熱)acbd31二、多方過(guò)程1.過(guò)程方程CVnp=n多方指數(shù)

n=1——等溫過(guò)程

n=——絕熱過(guò)程

n=0——等壓過(guò)程

n=——等容過(guò)程一般情況1n，多方過(guò)程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)際過(guò)程。32二、多方過(guò)程1.過(guò)程方程CVnp=n多方指數(shù)n=12.多方過(guò)程的功=òdV2V1V1VnpVn1A=1Vnp11Vn21n1V1n11n1=n11Vp12Vp2332.多方過(guò)程的功=òdV2V1V1VnpVn1A=1Vnp13.摩爾熱容343.摩爾熱容34T↑Q<0放熱T↓Q>0吸熱

T↑Q>0

吸熱T↓Q<0放熱35T↑Q<0放熱T↓Q>0吸熱解：36解：363737分子平均動(dòng)能減少38分子平均動(dòng)能減少38解（1）.分析:寫出bc上任一點(diǎn)T(V)可得Tmax的V,P[例]：一摩爾單原子理想氣體，經(jīng)歷一準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程bc，在P—V圖中，bc為一直線。試問(wèn)：（1）在bc過(guò)程中，溫度最高狀態(tài)的位置。（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？（3）bc過(guò)程中氣體是吸熱還是放熱？（4）bc過(guò)程中所經(jīng)歷的每個(gè)微小過(guò)程是否都是吸熱？PVV03V0P03P0bc39解（1）.分析:寫出bc上任一點(diǎn)T(V)可得Tma2V02P0由直線的兩點(diǎn)式方程:PVV03V0P03P0bc40a2V02P0由直線的兩點(diǎn)式方程:PVV03V0P03P0b（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？PVV03V0P03P0a2V02P0bc41（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程PVV03V0P03P0aPVV03V0P03P0a2V02P0bc（3）bc過(guò)程中氣體是吸熱還是放熱？（4）bc過(guò)程中所經(jīng)歷的每個(gè)微小過(guò)程是否都是吸熱？討論：e42PVV03V0P03P0a2V02P0bc（3）bc過(guò)程中氣一、特點(diǎn):

循環(huán)過(guò)程——物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程又回到初始狀態(tài)，稱這一周而復(fù)始的變化過(guò)程為循環(huán)過(guò)程pVoa=QQ123.凈功A

=

循環(huán)過(guò)程曲線所包圍的面積AQQ21§7.4循環(huán)過(guò)程43一、特點(diǎn):循環(huán)過(guò)程——物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程又二、正循環(huán)（順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）

——熱機(jī)原理PVabcd正循環(huán)0發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)示意圖AQQ12高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?50C0過(guò)熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)QQ12A20C0高溫高壓蒸汽熱機(jī)工作示意圖44二、正循環(huán)（順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）PVabcd正循環(huán)0發(fā)電廠蒸汽系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對(duì)外作功注意：熱機(jī)效率：45系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對(duì)外作功注意：熱機(jī)效率：4512A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1(冷凍室)(周圍環(huán)境)家用電冰箱循環(huán)散熱器冷凍室蒸發(fā)器節(jié)流閥儲(chǔ)液器壓縮機(jī)2QQ1氟利昂pVo三、負(fù)循環(huán)（逆時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）

——制冷機(jī)原理4612A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1(冷凍室)(周圍環(huán)境)家散熱器冷外界對(duì)系統(tǒng)作功，實(shí)現(xiàn)從低溫源吸熱向高溫源放熱制冷系數(shù)：四、卡諾循環(huán)

特征：由4個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（兩個(gè)等溫、兩個(gè)絕熱）組成。1824年卡諾（法國(guó)工程師1796-1832）提出了一個(gè)能體現(xiàn)熱機(jī)循環(huán)基本特征的理想循環(huán)。后人稱之為卡諾循環(huán)。法國(guó)物理學(xué)家

卡諾(1796-1832)47外界對(duì)系統(tǒng)作功，實(shí)現(xiàn)從低溫源吸熱向高溫源放熱制冷系數(shù)：四、卡dVVVpVV2o2314T.T1c..ba.1.卡諾熱機(jī)Q2RTQVV423=mMmolln2Q1RTQ211Mmmolln1VV=b~c=VVTT223γγ111a~dVVTT111124γ=γ由上兩式得到=VVTT223γγ111=VV14γγ11VVVV2143=熱機(jī)的效率=ηQQ211卡=ηQQ21148dVVVpVV2o2314T.T1c..ba.1.卡諾熱機(jī)Q1.指明了兩個(gè)熱源是熱機(jī)工作的必要前提，即η<12.指明了提高熱機(jī)效率的方向(1).提高高溫?zé)嵩吹臏囟取?2).可用更優(yōu)的工作物質(zhì)取代蒸汽。意義：RTQVV4吸3=mMmolln2RTQ21放Mmmolln1VV=2.卡諾制冷機(jī)1234PQ0V1V4V2V3T1T2491.指明了兩個(gè)熱源是熱機(jī)工作的必要前提，即η<12.指明了提*聯(lián)合循環(huán)提高熱機(jī)效率的有效方法若將聯(lián)合循環(huán)視為理想的卡諾循環(huán)等價(jià)效果：低溫?zé)嵩吹臏囟扔蒚2T3T1熱機(jī)1T2熱機(jī)2T3燃汽機(jī)蒸汽機(jī)50*聯(lián)合循環(huán)提高熱機(jī)效率的有效方法若將聯(lián)合循環(huán)視為理想的卡諾循*熱泵通過(guò)外界作功，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)嵩矗嵊脩簦┓艧?。熱泵與致冷機(jī)：工作目的不同，效能不同熱功轉(zhuǎn)換情況相同，12A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1T2T1理想熱泵循環(huán)（卡諾循環(huán)）51*熱泵通過(guò)外界作功，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)岜门c致冷機(jī)：工作熱泵與電加熱：電加熱：熱泵：52熱泵與電加熱：電加熱：熱泵：52=QQQ+daab吸[例]1mol

氫氣作如圖所示的循環(huán)過(guò)程計(jì)算此循環(huán)之效率。V2211abcdo(l)p(atm)解：=Q吸ηA=219=10.5%=Q吸ηAcdQabQdaQbcQ53=QQQ+daab吸[例]1mol氫氣作如圖所示的循解：abQbcQcaQ=Q放Q吸1η=pVpV000等溫abco2V[例]1mol氧氣作如圖所示的循環(huán)。求：循環(huán)效率54解：abQbcQcaQ=Q放Q吸1η=pVpV000等溫abbacT(k)V(10-3m3)o12pvabc012等容等壓等溫55bacT(k)V(10-3m3)o12pvabc012等容等pvabc012等容等壓等溫放熱吸熱吸熱56pvabc012等容等壓等溫放熱吸熱吸熱56

解一：解二：pvabc012等容等壓等溫57解一：解二：pvabc012等容等壓等溫57[例].某理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)，當(dāng)高溫?zé)嵩礈囟萒1=400k,低溫?zé)嵩礈囟萒2=300k時(shí),對(duì)外作功A=8000J,今維持低溫?zé)嵩礈囟炔蛔?提高高溫?zé)嵩礈囟?使其對(duì)外作功增至A’=10000J,若兩次卡諾循環(huán)都工作在相同的兩絕熱線間,試求:(1).第二次循環(huán)效率η’=？(2).第二次循環(huán)中高溫?zé)嵩礈囟萒1’=？PV58[例].某理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)，當(dāng)高溫?zé)嵩礈囟萒1=4005959[例].一動(dòng)力暖氣裝置由一臺(tái)卡諾熱機(jī)和一臺(tái)卡諾致冷機(jī)組合而成。熱機(jī)靠燃料燃燒時(shí)釋放的熱量工作并向暖氣系統(tǒng)的放熱，同時(shí)，熱機(jī)帶動(dòng)致冷機(jī)，致冷機(jī)從天然蓄水池中吸熱，也向暖氣系統(tǒng)放熱，假定熱機(jī)鍋爐的溫度為T1=483K，天然蓄水池中水的溫度T2=288K，暖氣系統(tǒng)的溫度為T3=333K，熱機(jī)從燃料燃燒時(shí)獲得熱量2.1×107J。計(jì)算暖氣系統(tǒng)所得的熱量。鍋爐T1=483K熱機(jī)致冷機(jī)暖氣系統(tǒng)T3=333K蓄水池T2=288KQ1=2.1×107JQ2A60[例].一動(dòng)力暖氣裝置由一臺(tái)鍋爐T1=483K熱機(jī)致冷機(jī)鍋爐T1=483K熱機(jī)致冷機(jī)暖氣系統(tǒng)T3=333K蓄水池T2=288KQ1=2.1×107JQ2A解：則：61鍋爐T1=483K熱機(jī)致冷機(jī)暖氣系統(tǒng)T3=333K蓄水池?zé)崃W(xué)第一定律：說(shuō)明一切熱力學(xué)過(guò)程中能量必須守恒有條件可以功全部熱但滿足能量守恒的熱力學(xué)過(guò)程是否都能實(shí)現(xiàn)？高溫自動(dòng)低溫有條件表明自然界里的熱功轉(zhuǎn)換熱傳遞過(guò)程具有方向性熱力學(xué)第二定律指明了過(guò)程進(jìn)行的方向和限度§7.5熱力學(xué)第二定律62熱力學(xué)第一定律：說(shuō)明一切熱力學(xué)過(guò)程中能量必須守恒有條件可以一、熱力學(xué)第二定律的敘述這兩種敘述是完全等價(jià)的

不可能制造成功一種循環(huán)動(dòng)作的機(jī)器，它只從單一熱源吸熱，使之全部變?yōu)楣Χ鴮?duì)外界不發(fā)生任何影響。

熱量不可能自動(dòng)地從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩础?.開(kāi)耳芬敘述：英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)耳芬（1824-1907）2.克勞修斯敘述：63一、熱力學(xué)第二定律的敘述這兩種敘述是完全等價(jià)的不違背了克勞修斯敘述也就是違背了開(kāi)耳芬敘述TT122QQQQ11222A=QQEB對(duì)于熱源T2并沒(méi)有損失熱量

對(duì)于E、B聯(lián)合組成的熱機(jī)，唯一的效果是從單一熱源吸收了熱量,并全部變?yōu)楣θ舻蜏責(zé)嵩醋詣?dòng)地將熱量Q2傳給高溫?zé)嵩碩T12QQ22E64違背了克勞修斯敘述也就是違背了開(kāi)耳芬敘述TT122QQQQ1違背了開(kāi)耳芬敘述也必然違背了克勞修斯敘述TT112Q1A=QC高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩慈魺釞C(jī)C能從單一熱源T1吸收熱量Q1并全部變?yōu)楣T112Q1A=QCQ122QQD+利用熱機(jī)C的功A去推動(dòng)制冷機(jī)D，從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，再將熱Q2+Q2量傳給高溫?zé)嵩?/p>

總體來(lái)看，整個(gè)系統(tǒng)唯一的效果是有熱量Q2自動(dòng)地傳給了高溫?zé)嵩?5違背了開(kāi)耳芬敘述也必然違背了克勞修斯敘述TT112Q1A=Q二、熱力學(xué)第二定律的意義1.宏觀意義：一切與熱相聯(lián)系的現(xiàn)象中，自發(fā)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都是不可逆的。2.微觀意義：一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行初始狀態(tài)幾率大搖動(dòng)后幾率很小

3.熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律只有對(duì)有大量分子所組成的系統(tǒng)才正確。

66二、熱力學(xué)第二定律的意義1.宏觀意義：一切與熱相聯(lián)系的本學(xué)期“大學(xué)物理”課程教學(xué)到此結(jié)束，謝謝同學(xué)們配合。預(yù)祝大家期末考試順利，假期心情愉快。67本學(xué)期“大學(xué)物理”課程教學(xué)到此結(jié)束，預(yù)祝大家期末考試順利，假熱力學(xué)－－研究熱現(xiàn)象的宏觀理論

熱力學(xué):從能量觀點(diǎn)出發(fā),以觀察和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù),分析研究物態(tài)變化過(guò)程中有關(guān)熱功轉(zhuǎn)化的關(guān)系和條件.熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)68熱力學(xué)－－研究熱現(xiàn)象的宏觀理論熱力學(xué):從能量觀點(diǎn)出發(fā)第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)（Basesofthermodynamics)§7.1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程§7.2熱力學(xué)第一定律§7.3熱力學(xué)第一定律對(duì)等值過(guò)程應(yīng)用§7.4絕熱過(guò)程，多方過(guò)程§7.5循環(huán)過(guò)程，卡諾循環(huán)§7.6熱力學(xué)第二定律§7.7可逆過(guò)程和可逆過(guò)程，卡諾定理§7.8熵和熵增加原理§7.9熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義69第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程§7.3熱力學(xué)第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1熱力學(xué)第一定律§7.2第一定律對(duì)于等值過(guò)程的應(yīng)用§7.3絕熱過(guò)程多方過(guò)程§7.4循環(huán)過(guò)程§7.5熱力學(xué)第二定律70第七章熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.1熱力學(xué)第一定律§7.3絕

熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程

卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率致冷系數(shù)熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷系數(shù)摩爾熱容多方過(guò)程過(guò)程量功、熱量狀態(tài)量、內(nèi)能；狀態(tài)方程71熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率

熱力學(xué)第二定律開(kāi)氏表述dV=0；P/T=CQ=ΔE

+A

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用dP=0；V/T=CdT=0；PV=CdQ=0；PVr=CPVn=C；n=0，1，，ΔE=0；Q1-Q2=A凈第二定律克氏表述72熱力學(xué)第二定律開(kāi)氏表述dV=0；P/T=CQ=ΔE

熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程

卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率致冷系數(shù)熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用等壓過(guò)程等溫過(guò)程絕熱過(guò)程卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷系數(shù)摩爾熱容多方過(guò)程73熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)熱力學(xué)第二定律等體過(guò)程熱機(jī)效率一、關(guān)于熱力學(xué)的一些基本概念1.熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究對(duì)象，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）1。開(kāi)放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既有能量傳遞，又有質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。2。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既沒(méi)能量傳遞，又沒(méi)質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。3。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界只有能量傳遞，沒(méi)有質(zhì)量傳遞的系統(tǒng)。（a）一般系統(tǒng)：與外界既有功又有熱量的傳遞（b）透熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有功的交換但有熱量的傳遞（c）絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有熱量的傳遞但有功的交換2.熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間變化的過(guò)程非靜態(tài)過(guò)程（非平衡過(guò)程）——實(shí)際過(guò)程§7.1熱力學(xué)第一定律74一、關(guān)于熱力學(xué)的一些基本概念1。開(kāi)放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既有能量

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（平衡過(guò)程）——理想過(guò)程：過(guò)程所經(jīng)歷的所有中間狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)。P—V圖上P—T圖上V—T圖上平衡態(tài)——一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程——一條曲線3.系統(tǒng)的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能V∴內(nèi)能是狀態(tài)參量的函數(shù)，內(nèi)能的變化由狀態(tài)變化單值決定。··P1(T1)2(T2)75準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（平衡過(guò)程）——理想過(guò)程：過(guò)程所經(jīng)歷的所4.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功

對(duì)體系作功能使體系的溫度升高，從而增加物體的內(nèi)能。所以做功是體系與外界能量交換的一種方法。是外界有序運(yùn)動(dòng)的能量和系統(tǒng)內(nèi)分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)的能量的轉(zhuǎn)換——能量傳遞的宏觀形式。A=12pdVVVòpdlSp1212pdoVVVVdlF=dA.pSdl==pdV764.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功對(duì)體系作功能使體系的溫度升高，從而

功的幾何意義:功在數(shù)值上等于p~V

圖上過(guò)曲線下的面積。ababpVomnVV..n>ambAanbA功和所經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)5.熱量

熱量不是一種物質(zhì)，它是物質(zhì)之間進(jìn)行能量交換的一種方式，這種方式是通過(guò)分子的熱運(yùn)動(dòng)以及分子間的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)的——能量傳遞的微觀形式。C—物質(zhì)的比熱容77功的幾何意義:功在數(shù)值上等于p~V圖上過(guò)曲線下實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)系統(tǒng)QA△E（系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化）從使系統(tǒng)的狀態(tài)改變這一點(diǎn)上傳熱和作功是等效的。二、熱力學(xué)第一定律EAE=12+Q物理意義：包括熱量在內(nèi)的能量守恒定律

表明：熱（無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)）和功（有規(guī)則運(yùn)動(dòng)）的轉(zhuǎn)換可通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)能變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一微小的過(guò)程第一定律可表示為：A=dddE+Q78實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)系統(tǒng)QA△E（系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化）從使系統(tǒng)的狀態(tài)改1.Q是一個(gè)過(guò)程量2.正負(fù)號(hào)的規(guī)定:3.熱力學(xué)第一定律適用于任何系統(tǒng)的任何過(guò)程（包括非靜態(tài)過(guò)程）4.對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程熱力學(xué)第一定律可表達(dá)為：21=EE+pdVQò注意：EAE=12+Q791.Q是一個(gè)過(guò)程量2.正負(fù)號(hào)的規(guī)定:3.熱力學(xué)第一定律適用于§7.2

熱力學(xué)第一定律對(duì)于理想氣體等值過(guò)程的應(yīng)用80§7.2熱力學(xué)第一定律138114二、三種等值過(guò)程V熱源Q1.等容過(guò)程TT12pVoab..過(guò)程方程：82二、三種等值過(guò)程V熱源Q1.等容過(guò)程TT12pVoab..過(guò)特征：dp=0（吸熱）等容降壓：（放熱）12p21o..VVV

2.等壓過(guò)程熱源pQTT12pVoab..83特征：dp=0（吸熱）等容降壓：（放熱）12p21o..吸熱放熱3.等溫過(guò)程恒溫大熱源TTQ特征：dT=012p21o..VVV84吸熱放熱3.等溫過(guò)程恒溫大熱源TTQ特征：dT=012p過(guò)程方程：PV=常量吸熱放熱pV1122ppIII..oVV85過(guò)程方程：PV=常量吸熱放熱pV1122ppIII..oVV特征：dQ=0IIIpVo..一、絕熱過(guò)程絕熱套1.準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程§7.3絕熱過(guò)程多方過(guò)程86特征：dQ=0IIIpVo..一、絕熱過(guò)程絕熱套1.準(zhǔn)靜(2).絕熱過(guò)程中P，V，T三者同時(shí)變化例：絕熱膨脹V↑→A>0→△E<O→T↓→P↓↓↑↓87(2).絕熱過(guò)程中P，V，T三者同時(shí)變化例：絕熱膨脹V↑(3).絕熱過(guò)程的過(guò)程方程RTpmV=M

RdTVdppdV=Mm+(2)dA=dEpdV=VMm

CdT(1)(1)、(2)中消去dT，得：VCγ=p兩邊積分γlnV=-lnp+CˊVCγ=lnp′′88(3).絕熱過(guò)程的過(guò)程方程RTpmV=MRdTVdppd

泊松方程(絕熱方程)γp=VCCγp=γ1T2

將理想氣體狀態(tài)方程代入上式，并從中消去p

或V

就可以得到另外兩個(gè)泊松方程：=VCγT1189泊松方程γp=VCCγp=γ1T2將理想氣體狀（4）.絕熱線與等溫線比較絕熱線比等溫線陡b.數(shù)學(xué)解釋：pV=Cdp=+dVpV0等溫過(guò)程：絕熱過(guò)程：pV=CγV+dpVV=γpγγ10d(Qdp)dp=pQγVdV絕熱等溫pVoA.a.圖形上：dV(dp)TdppV=TdVdpdpTQ＞AAdVdV90（4）.絕熱線與等溫線比較絕熱線比等溫線陡b.數(shù)學(xué)解釋：pVc.物理解釋：膨脹相同的體積絕熱比等溫壓強(qiáng)下降得快絕熱VnpVnpVTp等溫91c.物理解釋：膨脹相同的體積絕熱比等溫壓強(qiáng)下降得快絕VnpV[例]設(shè)有8g氧氣，體積為0.41×10-3m3,溫度為300K，如氧氣作絕熱膨脹，膨脹后的體積為4.10×10-3m3。問(wèn)氣體作功多少？如氧氣作等溫膨脹，膨脹后的體積也是4.10×10-3m3

，問(wèn)這時(shí)氣體作功多少？A=Mmmol2V1ln1VRT=1.44×103(J)氣體若作等溫膨脹，所作的功為：2VγT121=VγT11A=941(J)解：氣體若作絕熱膨脹，所作的功為：92[例]設(shè)有8g氧氣，體積為0.41×10-3m3,溫度∵絕熱過(guò)程而A=0始末兩態(tài)滿足狀態(tài)方程2.非靜態(tài)絕熱過(guò)程——絕熱自由膨脹真空93∵絕熱過(guò)程而A=0始末兩態(tài)滿足2.非靜態(tài)絕熱過(guò)程——絕熱解:(1)由絕熱過(guò)程方程：例7-41mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱至體積增大1倍,再等體加熱至壓力增大1倍,最后再經(jīng)絕熱膨脹,使其溫度降至初始溫度,如圖所示,試求:(1)狀態(tài)d的體積Vd;(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功;(3)整個(gè)過(guò)程吸收的熱量.p2p1p12v1v1oabcdv根據(jù)題意：94解:(1)由絕熱過(guò)程方程：例7-41mol單原子理想p2p1p12v1v1oabcdv(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功;95p2p1p12v1v1oabcdv(2)整個(gè)過(guò)程對(duì)外所做的功方法一：p2p1p12v1v1oabcdv(3)整個(gè)過(guò)程吸收的熱量.方法二：對(duì)abcd整個(gè)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律96方法一：p2p1p12v1v1oabcdv(3)整個(gè)過(guò)程吸收解：因此：導(dǎo)熱板活塞則得：97解：因此：導(dǎo)熱板活塞則得：30pv（吸熱）(放熱)acbd98pv（吸熱）(放熱)acbd31二、多方過(guò)程1.過(guò)程方程CVnp=n多方指數(shù)

n=1——等溫過(guò)程

n=——絕熱過(guò)程

n=0——等壓過(guò)程

n=——等容過(guò)程一般情況1n，多方過(guò)程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)際過(guò)程。99二、多方過(guò)程1.過(guò)程方程CVnp=n多方指數(shù)n=12.多方過(guò)程的功=òdV2V1V1VnpVn1A=1Vnp11Vn21n1V1n11n1=n11Vp12Vp21002.多方過(guò)程的功=òdV2V1V1VnpVn1A=1Vnp13.摩爾熱容1013.摩爾熱容34T↑Q<0放熱T↓Q>0吸熱

T↑Q>0

吸熱T↓Q<0放熱102T↑Q<0放熱T↓Q>0吸熱解：103解：3610437分子平均動(dòng)能減少105分子平均動(dòng)能減少38解（1）.分析:寫出bc上任一點(diǎn)T(V)可得Tmax的V,P[例]：一摩爾單原子理想氣體，經(jīng)歷一準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程bc，在P—V圖中，bc為一直線。試問(wèn)：（1）在bc過(guò)程中，溫度最高狀態(tài)的位置。（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？（3）bc過(guò)程中氣體是吸熱還是放熱？（4）bc過(guò)程中所經(jīng)歷的每個(gè)微小過(guò)程是否都是吸熱？PVV03V0P03P0bc106解（1）.分析:寫出bc上任一點(diǎn)T(V)可得Tma2V02P0由直線的兩點(diǎn)式方程:PVV03V0P03P0bc107a2V02P0由直線的兩點(diǎn)式方程:PVV03V0P03P0b（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？PVV03V0P03P0a2V02P0bc108（2）由溫度最高狀態(tài)到c狀態(tài)的過(guò)程PVV03V0P03P0aPVV03V0P03P0a2V02P0bc（3）bc過(guò)程中氣體是吸熱還是放熱？（4）bc過(guò)程中所經(jīng)歷的每個(gè)微小過(guò)程是否都是吸熱？討論：e109PVV03V0P03P0a2V02P0bc（3）bc過(guò)程中氣一、特點(diǎn):

循環(huán)過(guò)程——物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程又回到初始狀態(tài)，稱這一周而復(fù)始的變化過(guò)程為循環(huán)過(guò)程pVoa=QQ123.凈功A

=

循環(huán)過(guò)程曲線所包圍的面積AQQ21§7.4循環(huán)過(guò)程110一、特點(diǎn):循環(huán)過(guò)程——物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化過(guò)程又二、正循環(huán)（順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）

——熱機(jī)原理PVabcd正循環(huán)0發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)示意圖AQQ12高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?50C0過(guò)熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)QQ12A20C0高溫高壓蒸汽熱機(jī)工作示意圖111二、正循環(huán)（順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）PVabcd正循環(huán)0發(fā)電廠蒸汽系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對(duì)外作功注意：熱機(jī)效率：112系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對(duì)外作功注意：熱機(jī)效率：4512A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1(冷凍室)(周圍環(huán)境)家用電冰箱循環(huán)散熱器冷凍室蒸發(fā)器節(jié)流閥儲(chǔ)液器壓縮機(jī)2QQ1氟利昂pVo三、負(fù)循環(huán)（逆時(shí)針?lè)较虻难h(huán)）

——制冷機(jī)原理11312A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1(冷凍室)(周圍環(huán)境)家散熱器冷外界對(duì)系統(tǒng)作功，實(shí)現(xiàn)從低溫源吸熱向高溫源放熱制冷系數(shù)：四、卡諾循環(huán)

特征：由4個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（兩個(gè)等溫、兩個(gè)絕熱）組成。1824年卡諾（法國(guó)工程師1796-1832）提出了一個(gè)能體現(xiàn)熱機(jī)循環(huán)基本特征的理想循環(huán)。后人稱之為卡諾循環(huán)。法國(guó)物理學(xué)家

卡諾(1796-1832)114外界對(duì)系統(tǒng)作功，實(shí)現(xiàn)從低溫源吸熱向高溫源放熱制冷系數(shù)：四、卡dVVVpVV2o2314T.T1c..ba.1.卡諾熱機(jī)Q2RTQVV423=mMmolln2Q1RTQ211Mmmolln1VV=b~c=VVTT223γγ111a~dVVTT111124γ=γ由上兩式得到=VVTT223γγ111=VV14γγ11VVVV2143=熱機(jī)的效率=ηQQ211卡=ηQQ211115dVVVpVV2o2314T.T1c..ba.1.卡諾熱機(jī)Q1.指明了兩個(gè)熱源是熱機(jī)工作的必要前提，即η<12.指明了提高熱機(jī)效率的方向(1).提高高溫?zé)嵩吹臏囟取?2).可用更優(yōu)的工作物質(zhì)取代蒸汽。意義：RTQVV4吸3=mMmolln2RTQ21放Mmmolln1VV=2.卡諾制冷機(jī)1234PQ0V1V4V2V3T1T21161.指明了兩個(gè)熱源是熱機(jī)工作的必要前提，即η<12.指明了提*聯(lián)合循環(huán)提高熱機(jī)效率的有效方法若將聯(lián)合循環(huán)視為理想的卡諾循環(huán)等價(jià)效果：低溫?zé)嵩吹臏囟扔蒚2T3T1熱機(jī)1T2熱機(jī)2T3燃汽機(jī)蒸汽機(jī)117*聯(lián)合循環(huán)提高熱機(jī)效率的有效方法若將聯(lián)合循環(huán)視為理想的卡諾循*熱泵通過(guò)外界作功，從低溫?zé)嵩次鼰幔蚋邷責(zé)嵩矗嵊脩簦┓艧?。熱泵與致冷機(jī)：工作目的不同，效能不同熱功轉(zhuǎn)換情況相同，12A高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碤Q1T2T1理想熱泵循環(huán)（卡諾循環(huán)）118*熱泵通過(guò)外界作功，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)岜门c致冷機(jī)：工作熱泵與電加熱：電加熱：熱泵：119熱泵與電加熱：電加熱：熱泵：52=QQQ+daab吸[例]1mol

氫氣作如圖所示的循環(huán)過(guò)程計(jì)算此循環(huán)之效率。V2211abcdo(l)p(atm)解：=Q吸ηA=219=10.5%=Q吸ηAcdQabQdaQbcQ120=QQQ+daab吸[例]1mol氫氣作如圖所示的循解：abQbcQcaQ=Q放Q吸1η=pVpV000等溫abco2V[例]1mol氧氣作如圖所示的循環(huán)。求：循環(huán)效率121解：abQbcQcaQ=Q放Q吸1η=pVpV000等溫abbacT(k)V(10-3m3)o12pvabc012等容