第十三章熱力學(xué)基礎(chǔ)

熱力學(xué)第一定律第二章熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)第十三章13--1準(zhǔn)靜態(tài)過程功熱量一、什么是熱力學(xué)系統(tǒng)

熱力學(xué)研究的對象為熱力學(xué)系統(tǒng)。熱力學(xué)系統(tǒng)可以是氣體、液體、固體。本章只研究理想氣體。二、什么是熱力學(xué)過程熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間變化的過程為熱力學(xué)過程。三、什么是準(zhǔn)靜態(tài)過程熱力學(xué)過程中所經(jīng)歷的各個狀態(tài)都由熱平衡態(tài)構(gòu)成的過程，為準(zhǔn)靜態(tài)過程。如果其中有一個狀態(tài)為非平衡態(tài)，則此過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。如果系統(tǒng)進行的速度過快，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化后，還未來得及恢復(fù)新的平衡態(tài)，系統(tǒng)又發(fā)生了變化，則該過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如：氣缸活塞壓縮的速度過快，氣體的狀態(tài)發(fā)生變化，還來不及恢復(fù)，P、V、T無確定關(guān)系，則此過程為非準(zhǔn)靜態(tài)過程。對非常緩慢的過程可近似認為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如氣缸活塞的速度大約為10m/s,而氣缸內(nèi)氣體密度、壓強趨于均勻的過程以慢速進行，此時則可看成是準(zhǔn)靜態(tài)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程中氣體的各狀態(tài)參量都有確定的值，可在P~V圖上作出連續(xù)的過程曲線。如果過程進行的時間t>可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程；如果過程進行的時間t<則為非準(zhǔn)靜態(tài)過程；系統(tǒng)來得及恢復(fù)平衡態(tài)。系統(tǒng)來不及恢復(fù)平衡態(tài)。馳豫時間系統(tǒng)從非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)所用的時間。熱力學(xué)是研究物質(zhì)世界中有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀理論，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是將一物質(zhì)系統(tǒng)中大量粒子看作一個整體，研究系統(tǒng)所表現(xiàn)的各種宏觀性質(zhì)和規(guī)律。熱力學(xué)第一定律是熱力學(xué)的基本定律，是一個包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的定律。熱力學(xué)第一定律首先涉及到內(nèi)能功熱量的基本概念氣體膨脹推動氣缸活塞對外作功。2.氣體作功的計算由功的定義：例如：氣缸內(nèi)的氣壓大于外界大氣壓,四、功

1.功是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。系統(tǒng)作功是通過物體作宏觀位移來完成的。如果體積變化從V1—V2，在整個過程中氣體作功為：元功壓強在P~V圖中曲線下的面積為功曲線下的面積：功的大小不僅取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài)，且與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程有關(guān)，功是過程量從圖中可看出，1-2與1-1’-2兩個過程的始末狀態(tài)相同，但過程曲線不同，兩條曲線下的面積不同，則作功也不同。注意：作功與過程有關(guān).1,當(dāng)氣體膨脹時,W>0,系統(tǒng)作正功,外界對系統(tǒng)作負功.2.當(dāng)氣體壓縮時,W<0,系統(tǒng)作負功,外界對系統(tǒng)作正功.五、熱量熱量是高溫物體向低溫物體傳遞的能量。熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，是過程量。

通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞.如一杯80oC的熱水，向周圍溫度較低的空氣放出熱量，這是一個過程，而說這杯水具有多少熱量是錯的，具有的是內(nèi)能，當(dāng)水溫度下降時，內(nèi)能也減小。2.熱量與溫度的區(qū)別熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，是過程量。溫度反映物體冷熱程度，是分子平均平動動能的標(biāo)志，是狀態(tài)量。1）過程量：與過程有關(guān)；2）等效性：改變系統(tǒng)熱運動狀態(tài)作用相同；

宏觀運動分子熱運動功分子熱運動分子熱運動熱量3）功與熱量的物理本質(zhì)不同.1卡

=4.186J，1J=0.24

卡3.功與熱量的異同4.熱量的計算熱量定義:

C為摩爾熱容：1mol氣體溫度升高或降低1

oC(或k)所吸收或放出的熱量。摩爾熱容還可定成1mol物質(zhì)升高單位溫度所吸收的熱量。理想氣體吸熱后，對不同的過程吸熱也不一樣。因此對不同過程引入不同的摩爾熱容。等容過程：引入摩爾定體熱容CV，表示在等容過程中，1mol氣體升高或降低單位溫度所吸收或放出的熱量。符號表示“元”，因為Q不是狀態(tài)函數(shù)，不能寫成微分。等壓過程：引入摩爾定壓熱容CP，表示在等壓過程中，1mol氣體升高或降低單位溫度所吸收或放出的熱量。熱量熱量13--2熱力學(xué)第一定律內(nèi)能內(nèi)能廣義上的內(nèi)能，是指某物體系統(tǒng)由其內(nèi)部狀態(tài)所決定的能量。某給定理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能，是組成該氣體系統(tǒng)的全部分子的動能之和，其值為，由狀態(tài)參量E2iRTm'M決定，內(nèi)能，是狀態(tài)參量的單值函數(shù)。ET()ETT真實氣體的內(nèi)能除了其全體分子的動能外還包括分子之間的引力勢能。實驗證明，真實氣體的內(nèi)能，是狀態(tài)參量和（或）的函數(shù)，即或。TVpET()EV,pET()E,總之，某給定氣體系統(tǒng)的內(nèi)能。只由該系統(tǒng)的狀態(tài)所決定，在熱力學(xué)中內(nèi)能是一個重要的狀態(tài)量。一內(nèi)能（狀態(tài)量）作機械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實驗AV作電功改變系統(tǒng)狀態(tài)的實驗

實驗證明系統(tǒng)從A

狀態(tài)變化到B

狀態(tài)，可以采用做功和傳熱的方法，不管經(jīng)過什么過程，只要始末狀態(tài)確定，做功和傳熱之和保持不變.2AB1**2AB1**

系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān).

理想氣體內(nèi)能

:

表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù),理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù).2AB1**2AB1**1.氣體內(nèi)能2.內(nèi)能增量始末兩態(tài)氣體內(nèi)能的變化。單原子分子氣體雙原子分子氣體多原子分子氣體

要改變理想氣體的內(nèi)能應(yīng)想辦法改變系統(tǒng)的溫度.實質(zhì)性質(zhì)特點內(nèi)能熱量功狀態(tài)量過程量過程量內(nèi)能,功,熱量的國際標(biāo)準(zhǔn)單位都是J(焦耳).4.186J=1cal

熱力學(xué)第一定律Q12EEw在任何一個熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)所吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量與系統(tǒng)對外作功之和。wQ12EE熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的一種表達形式。該定律的另一種通俗表述是：第一類永動機是不可能造成的。

第一類永動機是指能不斷對外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗較少的能量卻能得到更多的機械功的機器。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律實際上是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。一、規(guī)定內(nèi)能增量、功、熱量的正負1.內(nèi)能增量系統(tǒng)溫度升高系統(tǒng)溫度降低2.功體積膨脹系統(tǒng)對外界做正功。體積收縮系統(tǒng)對外界做負功，或外界對系統(tǒng)作功。3.熱量系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱外界對系統(tǒng)作功，使內(nèi)能增加，再通過內(nèi)能降低，系統(tǒng)放熱。3.明確幾點①.注意內(nèi)能增量、功、熱量的正負規(guī)定。②.熱—功轉(zhuǎn)換不是直接進行的，而是間接的，內(nèi)能是傳遞工具。系統(tǒng)吸熱后，先使內(nèi)能增加，再通過降低內(nèi)能對外作功。③.熱力學(xué)第一定律是從實驗中總結(jié)出來的，第一類永動機不能制成。第一類永動機：即不從外界吸收能量，而不斷對外作功的機械。第一類永動機違反能量守恒定律。凡例pOV解法提要：QW12EEI過程II過程VaabVb例系統(tǒng)從平衡態(tài)a平衡態(tài)b,吸收熱量500J，對外作功400J；然后從b態(tài)回到a態(tài)，向外放出熱量300J。III求b

a的過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的變化及對外作的功II

過程IEEaQWIIb500400100(J)300200

過程IIEaEb()EEab100(J)QWIIII()EEab(100)(J)0外界向系統(tǒng)作功例:如圖,一系統(tǒng)由a態(tài)等容到c再等壓到b后,有336J熱量傳入系統(tǒng),而系統(tǒng)做功126J.(1)若經(jīng)adb過程,系統(tǒng)做功42J,問有多少熱量傳入系統(tǒng)?(2)當(dāng)系統(tǒng)由b態(tài)沿曲線ba返回a態(tài)時,外界對系統(tǒng)做功84J,問系統(tǒng)是吸熱還是放熱?熱量傳遞是多少?(3)若Ed-Ea=168J,試求在ad及db二過程中各吸熱是多少?

Q(J)W(J)△E(J)acb

adb

ba

ad

db

210210252-210-2944204221042作業(yè):P25713--1413--1513--14CA過程是放熱,傳遞熱量252J。13--15由圖中數(shù)據(jù)可知:即A點和B點的溫度相同.對ACBDA循環(huán)過程:對ACBDA循環(huán)過程,吸收的總熱量為-500J,負號表示熱量傳遞的總效果為放熱.13--3理想氣體的等體過程和等壓過程摩爾熱容一、等容過程等容過程也稱等體過程。1.過程特點系統(tǒng)的體積不變2.過程方程3.過程曲線4.內(nèi)能增量5.功由于等容過程體積不變，P~V圖曲線下的面積為0，氣體作功為0。6.熱量7.熱力學(xué)第一定律應(yīng)用等容摩爾熱容單原子分子氣體雙原子分子氣體意義：等容過程系統(tǒng)吸熱全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能。多原子分子氣體內(nèi)能增量又可寫成此公式不僅適用于等容過程，對任何過程都適用。二、等壓過程1.過程特點系統(tǒng)的壓強不變2.過程方程3.過程曲線4.內(nèi)能增量5.功6.熱量7.熱力學(xué)第一定律應(yīng)用壓強不變等壓摩爾熱容單原子分子氣體雙原子分子氣體Mayer公式多原子分子氣體CP>CV的物理意義:

1mol理想氣體溫度升高1oC，對于等容過程,體積不變吸熱只增加系統(tǒng)內(nèi)能，而對于等壓過程除了增加系統(tǒng)內(nèi)能外，還要對外作功，所吸收的熱量要更多一些。等體等壓例題求全過程系統(tǒng)吸收熱量、對外作功及內(nèi)能變化abc例已知O23.20m'kgVVcVapppacO()O211MmOl23.0kg02i52185pcpapbVcVaVbpbVbKTb420Wbca0Wbc1.7510(J)5EEEcam'MCV(TcTa)1.0910(J)5QEWbca2.8410(J)5放熱內(nèi)能減少TaTbpapb等體abWab0TapapbTb262.5(K),bc等壓VVbcTbTcTcTbVcVb210(K)Wbcm'MpV(cVb)R(TcTb)1.7510(J)5外界對系統(tǒng)作功cab解法提要：QwEVpRm'MTEm'MTCV2iRCV,,13--4理想氣體的等溫過程和絕熱過程一、等溫過程1.過程特點系統(tǒng)的溫度不變2.過程方程3.過程曲線恒溫源絕熱的汽缸壁和活塞4.內(nèi)能增量5.功由理想氣體狀態(tài)方程等溫過程的功（1）6.熱量由過程方程則等溫過程的功CT是否有意義呢？對于等溫過程溫度不變，系統(tǒng)要升高1oC需吸收無限多的熱量。則等溫摩爾熱容CT趨于無限大。（2）7.熱力學(xué)第一定律應(yīng)用因此無法使用公式計算等溫過程的熱量。等溫過程則意義：等溫過程系統(tǒng)吸熱全部用來對外作功。二、絕熱過程1.過程特點系統(tǒng)與外界絕熱。無熱量交換。絕熱材料系統(tǒng)對外作功全部靠內(nèi)能提供。絕熱過程摩爾熱容為0。2.內(nèi)能增量3.熱力學(xué)第一定律應(yīng)用絕熱過程系統(tǒng)對外作功，全部是靠降低系統(tǒng)內(nèi)能實現(xiàn)的。絕熱過程5.功由和上下同除以CV,（1）定義摩爾熱容比則（2）由（3）有氣體絕熱膨脹氣體絕熱壓縮例如壓縮空氣從噴嘴中急速噴出，氣體絕熱膨脹，溫度下降，甚至液化。再如氣缸活塞急速下壓，溫度升高，使乙醚燃燒。摩爾熱容比單原子分子氣體6.過程方程由熱力學(xué)第一定律的微小過程應(yīng)用公式雙原子分子氣體多原子分子氣體由理想氣體狀態(tài)方程（2）全微分（3）（3）-（1）式（1）兩邊乘R有由和兩邊同除以PV積分（4）由（2）式與（4）消P（5）由（2）式與（4）消V（6）7.過程曲線將絕熱線與等溫線比較。①.等溫線斜率②.絕熱線斜率全微分斜率全微分絕熱線斜率與等溫線斜率比較絕熱線斜率是等溫線斜率的

倍。絕熱線要比等溫線陡。意義：對于相同體積變化，等溫過程對外作功溫度不變，系統(tǒng)從外界吸收熱量，壓強P下降較慢；對于絕熱過程，系統(tǒng)對外作功全部靠內(nèi)能提供，所以壓強下降得較快，曲線較陡。絕熱線絕熱線的斜率絕熱過程方程Vpg常量1gCpCVKQVp()ddQgpV其中pVpV0((pV,絕熱線等溫線KQKT絕熱線較陡VpQpT等溫過程方程等溫線的斜率Vp常量KTVp()ddTpVVpQpT故對同一除共同因素外，還因消耗內(nèi)能，，NTVnkpn,絕熱線較陡的物理解釋：等溫膨脹絕熱膨脹不變，導(dǎo)致的因素只是TVTpV使p1.等容降壓過程；2.等壓壓縮過程；3.絕熱膨脹過程；4.未知過程與等溫線有兩個交點。解答：1.等容降壓過程曲線下面積為0由例：討論下列幾個過程溫度變化、內(nèi)能增量、功、熱量的正負。由熱力學(xué)第一定律2.等壓壓縮過程體積收縮，曲線下面積為負值。由放熱過程由熱力學(xué)第一定律放熱3.絕熱膨脹過程由熱力學(xué)第一定律4.未知過程與等溫線有兩個交點由于1、2點在等溫線上，由熱力學(xué)第一定律放熱等溫絕熱例題已知例絕熱線等溫線pOcVab20pabp3T0Ka02()m31036Pa10)(1mOl2N求WabcWa解法提要：2N5i20.8JmolK2RVC511pgVCCVCVCR1.4絕熱過程VTaag1g1TbVbTbTa()VaVbg111.94(K)WabWQMm'VC(TbTa(3.7610(J)3等溫過程cWaWTMm'TaRlnVVac5.7410(J)3隨堂小議請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議如圖，a、b為P-V圖中兩平衡態(tài)的代表點，且pa=pb，則(1)Ea

<

Eb(2)Wab

<0(3)Qab

<0(4)以上結(jié)論都不對bOpVapa小議鏈接1請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議如圖，a、b為P-V圖中兩平衡態(tài)的代表點，且pa=pb，則(1)Ea

<

Eb(2)Wab

<0(3)Qab

<0(4)以上結(jié)論都不對bOpVapa小議鏈接2請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議如圖，a、b為P-V圖中兩平衡態(tài)的代表點，且pa=pb，則(1)Ea

<

Eb(2)Wab

<0(3)Qab

<0(4)以上結(jié)論都不對bOpVapa小議鏈接3請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議如圖，a、b為P-V圖中兩平衡態(tài)的代表點，且pa=pb，則(1)Ea

<

Eb(2)Wab

<0(3)Qab

<0(4)以上結(jié)論都不對bOpVapa小議鏈接4請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議如圖，a、b為P-V圖中兩平衡態(tài)的代表點，且pa=pb，則(1)Ea

<

Eb(2)Wab

<0(3)Qab

<0(4)以上結(jié)論都不對bOpVapaP226例1

設(shè)有5mol

的氫氣，最初的壓強為溫度為，求在下列過程中，把氫氣壓縮為原體積的1/10

需作的功:1）等溫過程，2）絕熱過程.3）經(jīng)這兩過程后，氣體的壓強各為多少？解

1）等溫過程2）氫氣為雙原子氣體由表查得，有12常量3）對等溫過程對絕熱過程,有12常量P226例2氮氣液化，把氮氣放在一個絕熱的汽缸中.開始時,氮氣的壓強為50個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為300K;經(jīng)急速膨脹后,其壓強降至1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,從而使氮氣液化.試問此時氮的溫度為多少?

解氮氣可視為理想氣體,其液化過程為絕熱過程.氮氣為雙原子氣體由表查得作業(yè):P25713--1713--1813--1913--21思考P25513--113--213--313--113--3初始時:對剛性容器,體積V不變,Q=△E13--17等溫膨脹△E=0等壓壓縮13--18因為A,B點溫度相同13--19解1:⑵式代入⑴式解2:13--21⑴等壓膨脹⑵等溫膨脹△E=0⑶絕熱膨脹Q=0⑵式代入⑴式13--5循環(huán)過程卡諾循環(huán)一、幾個概念1.什么是循環(huán)過程

熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列熱力學(xué)過程后又回到初始狀態(tài)，這個過程為循環(huán)過程。2.準(zhǔn)靜循環(huán)過程

循環(huán)過程中每一個狀態(tài)都是由熱平衡態(tài)構(gòu)成的，這個過程為準(zhǔn)靜循環(huán)過程。3.準(zhǔn)靜循環(huán)過程的特點經(jīng)過一個循環(huán)，內(nèi)能不變。循環(huán)曲線所包圍的面積為系統(tǒng)做的凈功。循環(huán)曲線為閉合曲線。4.正循環(huán)與逆循環(huán)正循環(huán)循環(huán)曲線順時針。系統(tǒng)吸熱，對外做正功；返回時，系統(tǒng)放熱，對外做負功；循環(huán)面積為正值。正循環(huán)熱機逆循環(huán)逆循環(huán)循環(huán)曲線逆時針。系統(tǒng)吸熱，對外做正功；返回時，系統(tǒng)放熱，對外做負功；循環(huán)面積為負值。5.可逆循環(huán)條件：①.準(zhǔn)靜循環(huán)過程；②.無摩擦力、熱損耗。制冷機二、熱機效率1.什么是熱機

把熱能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置稱為熱機，如蒸汽機、汽車發(fā)動機等。2.熱機工作特點需要一定工作物質(zhì)。需要兩個熱源。熱機是正循環(huán)工作的。正循環(huán)3.工作示意圖高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2熱機從高溫?zé)嵩次崃?，一部分轉(zhuǎn)變成功，另一部分放到低溫?zé)嵩础?.熱機效率由能量守恒如果從高溫源吸取的熱量轉(zhuǎn)變成功越多，則熱機效率就越大。熱機效率通常用百分數(shù)來表示。例如：汽車發(fā)動機氣缸活塞，從噴油嘴中噴出油霧，火花塞點火汽油燃燒，體積迅速膨脹，從燃燒的汽油中吸取熱量，一部分對外作功，帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動，另一部分熱量排放到大氣（低溫源）中。播放動畫

熱機發(fā)展簡介

1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機，當(dāng)時蒸汽機的效率極低.1765年瓦特進行了重大改進，大大提高了效率.人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學(xué)理論的發(fā)展.各種熱機的效率液體燃料火箭柴油機汽油機蒸汽機熱機：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器.工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì).三、致冷機致冷機是逆循環(huán)工作的，是通過外界作功將低溫源的熱量傳遞到高溫源中。使低溫源溫度降低。逆循環(huán)例如：電冰箱、空調(diào)都屬于致冷機。高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩21.工作示意圖致冷機是通過外界作功將低溫源的熱量傳遞到高溫源中，使低溫源溫度降低。2.致冷系數(shù)如果外界做一定的功，從低溫源吸取的熱量越多，致冷效率越大。室外室內(nèi)由能量守恒電冰箱的工作物質(zhì)為氟里昂12(CCL2F2)，氟里昂對大氣的臭氧層有破壞的作用，2005年我國停止使用氟里昂作致冷劑。以保護臭氧層。溴化鋰致冷和半導(dǎo)體致冷已進入市場。播放動畫節(jié)流閥冷凝器壓縮機冰室3.電冰箱工作原理冰箱循環(huán)示意圖四、卡諾循環(huán)的特點1.卡諾循環(huán)是由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環(huán)。2.需要兩個熱源，高溫源T1和低溫源T2。3.不計摩擦、熱損失及漏氣，視為理想熱機。4.熱機效率為動畫1-2等溫膨脹過程吸熱3-4等溫收縮過程放熱2-3與4-1為絕熱過程過程2-3絕熱膨脹過程4-1絕熱收縮過程上兩式相比即討論1.卡諾機必須有兩個熱源。熱機效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩熱源溫度有關(guān)。例如：波音飛機不用價格較貴的高標(biāo)號汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。2.熱機效率不能大于1或等于1，只能小于1。如果為1則現(xiàn)在的技術(shù)還不能達到絕對0K；或這是不能實現(xiàn)的，因此熱機效率只能小于1。如果大于1，W>Q吸則違反了能量守恒定律。3.提高熱機效率的方法。使越小越好，但低溫?zé)嵩吹臏囟葹橥饨绱髿獾臏囟炔灰巳藶榈馗淖?，只能提高高溫?zé)嵩礈囟?。日本開發(fā)出陶瓷發(fā)動機，其良好的絕熱性能可保持高溫?zé)嵩吹臏囟?。美國的兩個洲在2005年將禁止燃燒汽油的汽車進入，而使用燃料電池供電的汽車。P232例1：奧托機是德國物理學(xué)家奧托發(fā)明的一種熱機，以其原理制造的發(fā)動機現(xiàn)仍在使用。奧托機的循環(huán)曲線是由兩條絕熱線和兩條等容線構(gòu)成.證明：熱機效率為a進氣閥排氣閥活塞點火裝置奧托熱機

播放動畫解：2-3為等容吸熱過程4-1為等容放熱過程a熱機效率1-2為絕熱壓縮過程a3-4為絕熱膨脹過程a證畢討論：一般為8，如采用雙原子分子氣體為工作稱為壓縮比a物質(zhì)，在理想的情況下，其熱機效率為：例：一熱機以1mol雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，循環(huán)曲線如圖所示，其中AB為等溫過程，TA=1300K，TC=300K。求①.各過程的內(nèi)能增量、功、和熱量；②.熱機效率。解：①A-B為等溫膨脹過程B-C為等壓壓縮過程吸熱放熱或由熱力學(xué)第一定律C-A為等容升壓過程放熱②.熱機效率一個循環(huán)中的內(nèi)能增量為：經(jīng)過一個循環(huán)內(nèi)能不變。吸熱1423

例

1mol

氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率.解由理想氣體物態(tài)方程得1423作業(yè):P25813--513--2313--2413--2513--2613--2313--24⑴圖中所示循環(huán)為正循環(huán),即是熱機.解2:13--2513--26⑵本題中熱機效率的表達式與卡諾循環(huán)相似，但并不是卡諾循環(huán)。因為卡諾循環(huán)是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的，而且本題中的T1、T2只是溫度變化中兩特定點的溫度,不是兩等溫?zé)嵩吹暮愣囟取?3--6熱力學(xué)第二定律引言熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律2-2-4sssssecondlawofthermodynamics

引言違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。高溫物體低溫物體Q高溫物體低溫物體Q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律續(xù)上高溫物體低溫物體Q高溫物體低溫物體Q會自動發(fā)生不會自動發(fā)生氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生引言違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律續(xù)上氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生引言違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律續(xù)上功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生熱量不可能自動地由低溫物體傳向高溫物體。氣體的體積不可能自動地等溫縮小。熱量不可能在不引起其它變化的條件下而全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α！鞣N實際過程進行方向的規(guī)律性將用熱力學(xué)第二定律來表述。引言違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律可逆與不可逆過程可逆過程與不可逆過程可逆過程只是一種理想模型。準(zhǔn)靜態(tài)過程可視為可逆過程。

一個熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達末態(tài)后，如果還存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原（即系統(tǒng)回到初態(tài)，又同時消除了原過程對外界引起的一切影響，則原過程稱為可逆過程

一個熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達末態(tài)后，如果不存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原過程稱為不可逆過程由于摩擦等耗散因素的實際存在，不可能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原。因此有關(guān)熱現(xiàn)象的實際宏觀過程和非準(zhǔn)靜態(tài)過程都是不可逆過程。準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

可逆過程

:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài),而不引起其他變化,這樣的過程叫做可逆過程.非準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程.

不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程.準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程.可逆過程的條件非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體熱傳導(dǎo)熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的.熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)無序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

1）

在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆機都具有相同的效率.

三卡諾定理

2）工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆機的效率都不可能大于可逆機的效率.(不可逆機)（可逆機）以卡諾機為例，有定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述克勞修斯表述：

不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會自動地從低溫物體傳到高溫物體）。開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?。外界需對系統(tǒng)作功，就屬“其它變化”。此表述說明熱傳導(dǎo)過程的不可逆性。等溫膨脹時系統(tǒng)體積增大亦屬“其它變化”。此表述說明功變熱過程的不可逆性2Q1Q1QhA1Q100%h企圖制造單一熱源且的熱機稱為第二類永動機