大學物理第五版ch7.7-7.11

第7章熱力學基礎本章內容：7.5理想氣體的內能和CV，CP7.6第一定律對理想氣體典型準靜態(tài)過程中應用7.7絕熱過程7.4準靜態(tài)過程中的功和熱量的計算7.11卡諾循環(huán)卡諾定理7.1熱力學的研究對象和研究方法7.2平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程7.3功熱量內能熱力學第一定律7.8循環(huán)過程7.9熱力學第二定律7.10可逆與不可逆過程7.8循環(huán)過程7.8.1循環(huán)過程1.循環(huán)過程:系統(tǒng)的狀態(tài)經歷一系列的變化后又回到了原來狀態(tài)。熱力學特性凈熱量特征總吸熱總放熱AB(1)Q與A指凈熱量和凈功.(2)凈功A在P-V

圖上為封閉曲線面積值.(4)循環(huán)過程最少由三個單一過程組成.說明：(3)通過循環(huán)過程使熱功轉換持續(xù)成為可能.（1）正循環(huán)(P-V圖順時針)(2)

逆循環(huán)(P-V圖逆時針)（系統(tǒng)對外作功）（外界對系統(tǒng)作功）正循環(huán)也稱為熱機循環(huán)逆循環(huán)也稱為致冷循環(huán)2Q1Q2abVpO1··12Q1Q2abVpO··

7.8循環(huán)過程2.

循環(huán)過程分類7.8.2循環(huán)效率

（熱機效率和致冷系數）（正循環(huán)）熱機效率：（逆循環(huán)）致冷系數：熱機高溫熱源低溫熱源低溫熱源致冷機高溫熱源

7.8循環(huán)過程熱機循環(huán)示意圖

7.8循環(huán)過程

7.8循環(huán)過程小結：一、熱機效率（正循環(huán)）（計算題重點）二、致冷系數（逆循環(huán)）解一用1423例11mol氦氣經過如圖所示的循環(huán)過程，其中

,求熱機的效率.

由理想氣體物態(tài)方程得

7.8循環(huán)過程1423

7.8循環(huán)過程解二用1423

7.8循環(huán)過程解例2

1mol單原子分子理想氣體循環(huán)過程如圖所示，

ab

是等溫過程。

此循環(huán)效率求ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）

ab是等溫膨脹過程bc是等壓壓縮過程Cp=5R/2Tc=300Kca是等體升壓過程Tb=600K循環(huán)過程中系統(tǒng)吸熱：循環(huán)過程中系統(tǒng)放熱：此循環(huán)效率：或用ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）1.

開爾文說法（熱與功的轉換）：

不可能制成一種循環(huán)工作熱機，它只從一個熱源吸取熱量,使之全部轉變?yōu)橛杏霉?，對外不產生其它影響。熱力學第二定律的提出1.

功熱轉換的條件第一定律無法說明.

2.

熱傳導的方向性、氣體自由膨脹的不可逆性問題第一定律無法說明.

一、熱力學第二定律的兩種表述

7.9熱力學第二定律第二類永動機：單熱源循環(huán)的熱機若熱機效率能達到100%,則僅地球上的海水冷卻1℃,所獲得的功就相當于1014t

煤燃燒后放出的熱量。地球熱機Q1A

說明(1)

吸收的熱量可以轉化為功（熱機）。(2)

單一過程吸收的熱量可以全部轉化為功（等溫膨脹）,循環(huán)過程不行。

(3)熱力學第二定律開爾文表述的另一敘述形式:第二類永動機不可能制成。

7.9熱力學第二定律(4)熱力學第二定律的開爾文表述實際上表明了：2.

克勞修斯說法（熱傳遞方向）：不可能把熱量從低溫傳向高溫物體而不引起其它變化。熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體。

說明(1)熱量可以從低溫物體傳向高溫物體(致冷機)，外界要發(fā)生變化。各種熱機的效率液體燃料火箭蒸汽機柴油機汽油機

7.9熱力學第二定律

熱力學第二定律的兩種表述等價證明（略）

1.

開爾文說法（熱與功的轉換）不可能制成一種循環(huán)工作熱機，它只從一個熱源吸取熱量,使之全部轉變?yōu)橛杏霉Γ瑢ν獠划a生其它影響。

熱力學第二定律（過程進行方向）2.

克勞修斯說法（熱傳遞方向）：熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體。小結：(3)

熱力學第二定律的克勞修斯表述實際上表明了：

7.9熱力學第二定律反證法用熱力學第二定律證明：在p-V

圖上任意兩條絕熱線不可能相交。例證abc絕熱線等溫線設兩絕熱線相交于c

點，在兩絕熱線上尋找溫度相同的兩點a、b。在ab間作一條等溫線，

abca構成一循環(huán)過程。在此循環(huán)過程中VpO這就構成了從單一熱源吸收熱量的熱機。這是違背熱力學第二定律的開爾文表述的。因此任意兩條絕熱線不可能相交。

7.9熱力學第二定律7.10可逆與不可逆過程一、概念準靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

若系統(tǒng)經歷了一個過程，而過程的每一步都可沿相反的方向進行，同時不引起外界的任何變化，這個過程就稱為可逆過程。1.

可逆過程：

如對于某一過程，用任何方法都不能使系統(tǒng)和外界恢復到原來狀態(tài)，或回到原狀態(tài)要產生其他影響，該過程就是不可逆過程。

2.

不可逆過程：非準靜態(tài)過程為不可逆過程二、熱力學第二定律的本質

熱功轉換完全功不完全熱自然界一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的.無序有序自發(fā)非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體

熱傳導非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

7.10可逆與不可逆過程7.11卡諾循環(huán)卡諾定理7.11.1卡諾循環(huán)構成：由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。

熱機效率

pVabC

d絕熱線

等溫線

放熱

吸熱

對bc﹑da應用絕熱過程方程，則有結論:1.卡諾循環(huán)需要高溫和低溫兩個熱源.2.只與高低溫熱源的溫度有關，與過程無關.3.提高的途徑為提高或降低.由知

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