热运动的基本规律

1、1 物理学导论 升降椅会爆炸，是真的吗？升降椅会爆炸，是真的吗？ 2 物理学导论 2012年年8月月11日晚发生的事情，当时居住在厦门的刘小日晚发生的事情，当时居住在厦门的刘小 姐洗完澡，坐在气压升降椅上吹头发，突然姐洗完澡，坐在气压升降椅上吹头发，突然“砰砰”的一声，的一声， 椅子炸开了。刘小姐摔倒在地，晕了过去。椅子炸开了。刘小姐摔倒在地，晕了过去。 医生介绍说，刘小姐的臀部被炸伤，直肠被撕裂。后来医生介绍说，刘小姐的臀部被炸伤，直肠被撕裂。后来 虽然脱离了生命危险，但是部分碎片还可能残留在体内，需虽然脱离了生命危险，但是部分碎片还可能残留在体内，需 要长期住院观察。要长期住院观察。 升降

2、椅爆炸是升降椅质量不过关还是消费者使用不当？升降椅爆炸是升降椅质量不过关还是消费者使用不当？ 3 物理学导论 市面上的升降椅按使用的升降装置分为市面上的升降椅按使用的升降装置分为3类：类： 分别是液压、机械式和气压升降椅。分别是液压、机械式和气压升降椅。 气压升降椅因成本低廉、气压升降椅因成本低廉、 结构简单、操作灵活等特点，结构简单、操作灵活等特点， 销售量较大。销售量较大。 4 物理学导论 气压升降椅的升降功能采用气动杆来实现，气动杆的压气压升降椅的升降功能采用气动杆来实现，气动杆的压 缩气体要求用高纯度缩气体要求用高纯度高压氮气或惰性气体高压氮气或惰性气体。此外，对气动杆。此外，对气动杆

3、 的耐久性有规定，在耐久性试验中，要求气动杆工作的耐久性有规定，在耐久性试验中，要求气动杆工作30000 次后活塞应有良好的密封性，活塞杆仍能锁定任意位置。次后活塞应有良好的密封性，活塞杆仍能锁定任意位置。 如果按照检测标准，合格的升降椅在正常使用情况下爆如果按照检测标准，合格的升降椅在正常使用情况下爆 裂发生的几率很小，如果裂发生的几率很小，如果气动杆所用的材质较差，气缸壁较气动杆所用的材质较差，气缸壁较 薄，气缸口密封不严，充装的压缩气体纯度不够薄，气缸口密封不严，充装的压缩气体纯度不够等，在频繁等，在频繁 使用或过载使用的情况下极有可能发生爆裂。使用或过载使用的情况下极有可能发生爆裂。

4、5 物理学导论 6 物理学导论 7 物理学导论 升降椅爆炸威力有多大？升降椅爆炸威力有多大？ 正常情况下，当椅子下面的气压杆承受一个人正常情况下，当椅子下面的气压杆承受一个人 的重量时，气压杆内的空气会被压缩，这时里面的的重量时，气压杆内的空气会被压缩，这时里面的 气压会达到气压会达到24个大气压左右，一旦发生爆炸，这个大气压左右，一旦发生爆炸，这24 个大气压力乘以外油管中活塞的底部面积，就是气个大气压力乘以外油管中活塞的底部面积，就是气 压杆向上瞬间爆发的威力。这个力量大约会达到压杆向上瞬间爆发的威力。这个力量大约会达到70 到到80千克。千克。 8 物理学导论 将大气压缩至将大气压缩至

5、7个大气压左右时，气压瞬间放个大气压左右时，气压瞬间放 出，顶出了活塞中的顶杆，而顶杆前端不远处放置出，顶出了活塞中的顶杆，而顶杆前端不远处放置 着一块密度板，来模拟椅子表面。结果，大约三四着一块密度板，来模拟椅子表面。结果，大约三四 毫米厚的密度板被轻松击穿。毫米厚的密度板被轻松击穿。 实验表明，实验表明，24个气压产生的威力至少能击穿个气压产生的威力至少能击穿6块块 大约三四毫米密度板，威力惊人。正是因为强大的大约三四毫米密度板，威力惊人。正是因为强大的 压力，才产生了如此巨大的破坏力。压力，才产生了如此巨大的破坏力。 9 物理学导论 10 物理学导论 气体分子运动论气体分子运动论 11

6、物理学导论 气体分子运动论气体分子运动论 对单个粒子（原子、分子、离子等），采用力学原理进行分析；对单个粒子（原子、分子、离子等），采用力学原理进行分析； 对大量粒子系统，采用统计学原理进行分析。对大量粒子系统，采用统计学原理进行分析。 12 物理学导论物理学导论 13 物理学导论 问题一：问题一：什么是什么是“温度温度”？怎样表述？怎样表述“温度温度”？ 问题二：问题二： “加热加热”与与“做功做功”之间有何联系？之间有何联系？ 问题三：问题三：我们能制造我们能制造“冷冷”吗？吗？ 14 物理学导论 问题四：问题四：我们为什么不能通过加热的方式让气缸或者单摆我们为什么不能通过加热的方式让气缸

7、或者单摆 恢复运动？恢复运动？ 15 热运动的基本规律 一、热力学第零定律一、热力学第零定律 如果两个如果两个热力学系统热力学系统中的每一个都与第三个中的每一个都与第三个热力学系统热力学系统处于处于热平衡热平衡， 则它们彼此也必定处于热平衡。则它们彼此也必定处于热平衡。 这个定律反映出：这个定律反映出： 处在同一热平衡状态的所有的处在同一热平衡状态的所有的 热力学系统都具有一个共同的宏观热力学系统都具有一个共同的宏观 特征，这一特征是由这些互为热平特征，这一特征是由这些互为热平 衡系统的状态所决定的一个数值相衡系统的状态所决定的一个数值相 等的状态函数，这个状态函数被定等的状态函数，这个状态函

8、数被定 义为温度。义为温度。 16 热运动的基本规律 温标与温度温标与温度 温标包括三个要素：测温物质及其测温属性、定标点、分温标包括三个要素：测温物质及其测温属性、定标点、分 度法。度法。 1.1.摄氏温标摄氏温标 摄氏温标的规定是：在摄氏温标的规定是：在标准大气压标准大气压（1013.251013.25百百帕斯帕斯 卡）下，水（冰）的熔点为卡）下，水（冰）的熔点为 0 0 度，水的沸点为度，水的沸点为 100 100 度，度， 中间划分为中间划分为100100等份，每等份为等份，每等份为11。 17 热运动的基本规律 * * 历史历史 17421742年，瑞典天文学家安德斯年，瑞典天文学家

9、安德斯摄西阿斯（摄西阿斯（Anders Anders CelsiusCelsius，1701-17441701-1744）将一大气压下的水的冰点规定为）将一大气压下的水的冰点规定为 100100，沸点订为，沸点订为00，两者间均分成，两者间均分成100100个刻度，和现行个刻度，和现行 的摄氏温标刚好相反。直到的摄氏温标刚好相反。直到17431743年才被修成现行的摄氏温年才被修成现行的摄氏温 标。标。 19541954年的第十届国际度量衡大会特别将此温标命名为年的第十届国际度量衡大会特别将此温标命名为 “摄氏温标摄氏温标”，以表彰摄氏的贡献。，以表彰摄氏的贡献。 18 热运动的基本规律 2.

10、 2. 绝对温标绝对温标（热力学温标、开氏（热力学温标、开氏（Kelvin）温标）温标） 规定摄氏零度以下规定摄氏零度以下273.15273.15为零点，称为绝对零点。其为零点，称为绝对零点。其 分度法与摄氏温标相同（即绝对温标上相差分度法与摄氏温标相同（即绝对温标上相差1K1K时，摄氏温标时，摄氏温标 上也相差上也相差11）；所不同的只是绝对温标上水的冰点定为）；所不同的只是绝对温标上水的冰点定为 273.15K273.15K，沸点定为，沸点定为373.15K373.15K。 绝对零度，也就是绝对零度，也就是 - 273.15- 273.15（摄氏度）。（摄氏度）。 理论上的最低温度，没有一

11、个地方有这个温度，人类也理论上的最低温度，没有一个地方有这个温度，人类也 不可能制造出来这个温度，只能无限的接近。在这温度下物不可能制造出来这个温度，只能无限的接近。在这温度下物 体没有热能。体没有热能。 19 热运动的基本规律 参考资料：参考资料： 19951995年，科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位年，科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位 物理学家爱克物理学家爱克科内尔和卡尔威曼利用激光束和科内尔和卡尔威曼利用激光束和“磁陷阱磁陷阱” 系统使原子的运动变慢，成功地使一些铷原子温度达到了绝系统使原子的运动变慢，成功地使一些铷原子温度达到了绝 对零度之上的十亿分之二十度（对零度之上的十

12、亿分之二十度（2 21010-8 -8 K K）。）。 事实上，在这样的非常温度下，物质呈现的既不是液体事实上，在这样的非常温度下，物质呈现的既不是液体 状态，也不是固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一状态，也不是固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一 的的“超原子超原子”，它表现为一个单一的实体。，它表现为一个单一的实体。 20 热运动的基本规律 3. 3. 华氏温标华氏温标 在标准大气压下，冰的在标准大气压下，冰的熔点熔点为为3232，水的，水的沸点沸点 为为212212，中间有，中间有180180等分，每等分为华氏等分，每等分为华氏1 1度。度。 华氏温度与摄氏度的换算为：华氏温度

13、与摄氏度的换算为： = 9/5 + 32 = 5/9 ( 32 ) 21 热运动的基本规律 1714 1714年，德国物理学家华伦海特（年，德国物理学家华伦海特（Daniel Gabriel Daniel Gabriel FahrenheitFahrenheit，1686-17361686-1736）基于虎克的研究，将）基于虎克的研究，将北爱尔兰最北爱尔兰最 冷的某个冬日，水银柱降到最低的高度定为零度冷的某个冬日，水银柱降到最低的高度定为零度 ，00，而，而 概略的将人体温度定为概略的将人体温度定为100100，两者间等分成，两者间等分成100100个刻度。个刻度。 后来，华伦海特改进了他创立

14、的温标，把冰、水、氯后来，华伦海特改进了他创立的温标，把冰、水、氯 化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以0 表示之，把表示之，把 冰的熔点定为冰的熔点定为32 ，把水的沸点定为，把水的沸点定为 212 ，在，在32 212的间隔内均分的间隔内均分180等分等分 。 22 热运动的基本规律 23 热运动的基本规律 二、热力学第一定律二、热力学第一定律 1. 1. 罗伯特罗伯特迈尔的灵感迈尔的灵感 18401840到到18411841年初，迈尔在一艘开往印度尼西亚的荷兰商船上当了几年初，迈尔在一艘开往印度尼西亚的荷兰商船上当了几 个月的随船医生。在医治中迈尔

15、发现船员处于热带时的静脉血比在温个月的随船医生。在医治中迈尔发现船员处于热带时的静脉血比在温 带（欧洲）时见的静脉血的颜色要红些。他还听到海员们说，下雨时带（欧洲）时见的静脉血的颜色要红些。他还听到海员们说，下雨时 海水比较热。这些现象引起了迈尔的深思。他想到，食物中含有化学海水比较热。这些现象引起了迈尔的深思。他想到，食物中含有化学 能，它象机械能一样可以转化为热；在热带高温情况下，机体只需要能，它象机械能一样可以转化为热；在热带高温情况下，机体只需要 吸收食物中较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静吸收食物中较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静 脉血中留下了较多的

16、氧。另外，雨滴降落所获得的活力，也会产生出脉血中留下了较多的氧。另外，雨滴降落所获得的活力，也会产生出 热来。迈尔认为，热来。迈尔认为， 除了人体体热来自由食物转化而来的化学能之外，除了人体体热来自由食物转化而来的化学能之外， 人体动力也来自同一能源。这样看来，热能、化学能、机械能都是等人体动力也来自同一能源。这样看来，热能、化学能、机械能都是等 价的，而且是可以相互转化的。价的，而且是可以相互转化的。 24 热运动的基本规律 迈尔把他对能量定律的最初发现写成了一篇题为迈尔把他对能量定律的最初发现写成了一篇题为论论 力的量和质的测定力的量和质的测定的论文，投给德国当时的权威性刊物的论文，投给德

17、国当时的权威性刊物 物理学和化学年鉴物理学和化学年鉴。但是，该杂志的主编波根道夫认。但是，该杂志的主编波根道夫认 为迈尔的文章引入了思辨的内容和缺少精确的实验根据而为迈尔的文章引入了思辨的内容和缺少精确的实验根据而 不予发表。迈尔在初次受挫之后，并不气馁，继续努力。不予发表。迈尔在初次受挫之后，并不气馁，继续努力。 后来他又写成后来他又写成论无机界的力论无机界的力一文，一文， 这篇文章被一向注这篇文章被一向注 意各种自然力之间的关系的李比希发表于他主编的意各种自然力之间的关系的李比希发表于他主编的化学化学 和药学年刊和药学年刊18421842年年5 5月号上。月号上。 25 热运动的基本规律

18、2. 焦耳的实验焦耳的实验 （各类实验历时（各类实验历时4040年）年） 在图在图A A中，水盛在由绝热壁构成的容器内，重物下降带动叶片在水中搅动，中，水盛在由绝热壁构成的容器内，重物下降带动叶片在水中搅动， 水温受叶片搅动而升高。如果把水和叶片看作体系，其温度的升高水温受叶片搅动而升高。如果把水和叶片看作体系，其温度的升高( (状态的改变状态的改变) ) 完全是重物下降作功的结果。完全是重物下降作功的结果。 在图在图B B中，水和电阻器放在由绝热壁构成的容器内，接上电源，让稳定电流中，水和电阻器放在由绝热壁构成的容器内，接上电源，让稳定电流 通过电阻器而使水温升高。如果把水和电阻器看作体系，

19、其温度的升高完全是电通过电阻器而使水温升高。如果把水和电阻器看作体系，其温度的升高完全是电 源作功的结果。这两个绝热过程的实验结果表明：使同量之水升高一定的温度，源作功的结果。这两个绝热过程的实验结果表明：使同量之水升高一定的温度， 所需的功在实验误差范围内是相等的。所需的功在实验误差范围内是相等的。 26 热运动的基本规律 3. 3. 亥姆霍兹亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz，18211894）的贡献的贡献 德国物理学家，生理学家。德国物理学家，生理学家。1847年他在德国物理学会发表了关于力的守恒讲年他在德国物理学会发表了关于力的守恒讲 演，在科学界赢得很大声望，次年担任

20、了柯尼斯堡大学生理学副教授。亥姆霍兹演，在科学界赢得很大声望，次年担任了柯尼斯堡大学生理学副教授。亥姆霍兹 在这次讲演中，第一次以数学方式提出能量守恒定律。在这次讲演中，第一次以数学方式提出能量守恒定律。 主要论点是：主要论点是： 一切科学都可以归结到力学。一切科学都可以归结到力学。 强调了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉氏方法强调了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉氏方法 以以 力所传递的能量或它所作的功来量度力。力所传递的能量或它所作的功来量度力。 所有这种能量是守恒的。亥姆霍兹发展了迈尔、焦耳所有这种能量是守恒的。亥姆霍兹发展了迈尔、焦耳 等人的工作

21、，讨论了已知的力学的、热学的、电学的、等人的工作，讨论了已知的力学的、热学的、电学的、 化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量守化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量守 恒定律。这次讲演内容后来写成专箸恒定律。这次讲演内容后来写成专箸力之守恒力之守恒出版。出版。 27 热运动的基本规律 热力学第一定律热力学第一定律 ：也叫能量不灭原理，就是也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律能量守恒定律。 基本内容：基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必 产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。产生一定的热，一定的热消失

22、时，也必产生一定的功。 外界对系统所传递的热量，一部分使系统的内能增加，一部分用外界对系统所传递的热量，一部分使系统的内能增加，一部分用 于系统对外做功。于系统对外做功。 AEEQ)( 12 dAdEdQ 28 热运动的基本规律 第一类永动机第一类永动机： 历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量， 却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。 29 热运动的基本规律 水力水力“永动机永动机” 17751775的，法国科学院宣布：的，法国科学院宣布： 本科学院以后不再审查有

23、关永动机的一切设计。本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计。 30 热运动的基本规律 蒸汽机蒸汽机 31 热运动的基本规律 二、热力学第二定律二、热力学第二定律 1. 1. 热传递热传递 热传递有一种单向性：热传递有一种单向性： 热能会热能会自发地自发地从较高的温度传到较低的温从较高的温度传到较低的温 度，但不会度，但不会自发地自发地从较低的温度传到较高的温度。从较低的温度传到较高的温度。 - - 表述为热传递定律的热力学第二定律表述为热传递定律的热力学第二定律 32 热运动的基本规律 2. 2. 热机：用热能做功热机：用热能做功 燃烧、摩擦、击打等均产生热。燃烧、摩擦、击打等均产生热。 自

24、然界中产生热能较容易自然界中产生热能较容易-几乎不可避免！几乎不可避免！ 问题：问题：何种过程或设备会将热能转化成其它形式的能量？何种过程或设备会将热能转化成其它形式的能量？ 答案：答案： 热机，即用热能做功的循环装置。热机，即用热能做功的循环装置。 但人们发现：但人们发现： 任何热机的转换过程是：任何热机的转换过程是： 热能（输入）热能（输入） 功功 + + 热能（损耗）热能（损耗） 33 热运动的基本规律 热机的效率：热机的效率： 表述为热机定律的热力学第二定律：表述为热机定律的热力学第二定律： 用热能做功的任何循环过程必定也有热能损耗。或者说，热机用用热能做功的任何循环过程必定也有热能损

25、耗。或者说，热机用 热能做功的效率永远小于热能做功的效率永远小于100 %100 %。 输出的功输出的功 能量效率能量效率 = -= - 输入的热能输入的热能 34 热运动的基本规律 结论：结论： 热机实际上是利用热能从热向冷的自然流动，分出一部分流动的热机实际上是利用热能从热向冷的自然流动，分出一部分流动的 热能来做功。热能来做功。 做功的必要条件：做功的必要条件：高温端高温端 + + 低温端低温端 做功效率与温差有关。做功效率与温差有关。 输入输入排出排出 输入输入 35 热运动的基本规律 36 热运动的基本规律 3. 3. 能量的品质：逐步降低能量的品质：逐步降低 热量是一种特别的能量热

26、量是一种特别的能量-品质较低。品质较低。 任何产生热能的过程都有一种任何产生热能的过程都有一种单向性单向性，也叫，也叫不可逆性不可逆性。 一个系统一旦产生了热能，这个系统一个系统一旦产生了热能，这个系统 就永远不能靠自己回到原先的状态。就永远不能靠自己回到原先的状态。 在能量转换过程中，丢失的不是能量在能量转换过程中，丢失的不是能量 （能量是守恒的），但能量的品质丢失了。（能量是守恒的），但能量的品质丢失了。 37 热运动的基本规律 当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球的总能当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球的总能 量。我们只不过是将能量从高度有用的形式（如石油中的量。我们只不过是将

27、能量从高度有用的形式（如石油中的 化学能）降低为不那么有用的形式（通常就是热能）。化学能）降低为不那么有用的形式（通常就是热能）。 于是能量的两大定律之一告诉我们：于是能量的两大定律之一告诉我们： 能量的数量是守恒的。能量的数量是守恒的。 另一条定律则告诉我们：另一条定律则告诉我们： 能量的品质不断下降。能量的品质不断下降。 38 热运动的基本规律 第二类永动机第二类永动机 从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机热机称称 为第二类永动机。为第二类永动机。 在在热力学第一定律热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出问

28、世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出 来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取 热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第 二类永动机。二类永动机。 历史上首个成型的第二类永动机装置是历史上首个成型的第二类永动机装置是18811881年美国人约翰年美国人约翰嘎姆吉嘎姆吉 为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化，为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化， 推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽

29、化后的液氨在没推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没 有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。 39 热运动的基本规律 4. 4. 熵与熵增加定律熵与熵增加定律 当热能从热向冷流动时，微观无序程度总是增加。当热能从热向冷流动时，微观无序程度总是增加。 熵：熵：用来量度任何系统的微观无序程度。这个物理量叫用来量度任何系统的微观无序程度。这个物理量叫“熵熵”。 40 热运动的基本规律 表述为熵增加定律的热力学第二定律：表述为熵增加定律的热力学第二定律： 任何物理过程的任何物理过程的全部参加者全部参加者的总熵（

30、或微观无序程度）在过程中的总熵（或微观无序程度）在过程中 不会减少，但可能增加。不会减少，但可能增加。 熵增加定律预言：熵增加定律预言：大多数过程是不可逆的。大多数过程是不可逆的。 事实上，除了在亚原子层级上有一种很微妙的效应外，热力学第二事实上，除了在亚原子层级上有一种很微妙的效应外，热力学第二 定律是区分向前与向后这个时间方向的唯一的物理学原理。定律是区分向前与向后这个时间方向的唯一的物理学原理。 41 热运动的基本规律 假如热力学第二定律不成立：假如热力学第二定律不成立： 1. 1. 静止放在桌子上的书会自发地跳到空中。（热能静止放在桌子上的书会自发地跳到空中。（热能动能动能 + 引力能

31、）引力能） 2. 2. 水能往山上（高处）流动。水能往山上（高处）流动。 3. 3. 热能可以从冷流向热。热能可以从冷流向热。 4. 4. 人会越活越年轻。人会越活越年轻。 热力学第二定律的可怕结论：热力学第二定律的可怕结论： 宇宙热寂论。宇宙热寂论。 42 热运动的基本规律 热力学第二定律并不排斥热能的利用：热力学第二定律并不排斥热能的利用： 1. 1. 活塞将热能转换为功活塞将热能转换为功 - - 汽车汽车 43 热运动的基本规律 2. 2. 燃煤发电燃煤发电 44 热运动的基本规律 45 热运动的基本规律 三、热力学第三定律三、热力学第三定律 19061906年，德国物理学家年，德国物理

32、学家能斯特能斯特在研究低温条件下物质的变化时，在研究低温条件下物质的变化时， 把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的 规律，这个规律被表述为：规律，这个规律被表述为：“当绝对温度趋于零时，凝聚系当绝对温度趋于零时，凝聚系( (固体和液固体和液 体）的熵（即热量被温度除的商）在等温过程中的改变趋于零。体）的熵（即热量被温度除的商）在等温过程中的改变趋于零。”德德 国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，当绝对温度趋于零时， 固体和液体的熵也趋于零。固体和液体

33、的熵也趋于零。”这就消除了熵常数取值的任意性。这就消除了熵常数取值的任意性。 19121912年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理 ：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。” 这就是这就是热力学第三定律热力学第三定律。 46 热运动的基本规律 制冷与供暖制冷与供暖 1. 什么叫什么叫“制冷制冷”？ 制冷两字只能说是技术上的术语，严格讲是错误的，世界上没有那制冷两字只能说是技术上的术语，严格讲是错误的，世界上没有那 国的科学家能制造出国的科学家能制造出 “冷冷”来。来。 在物理学中没有冷的定义

34、。在物理学中没有冷的定义。 “冷冷”和和“热热”是相对的。是相对的。我们把利用机械设备把降温对象降到所我们把利用机械设备把降温对象降到所 需温度的方法叫制冷，这是工程术语。需温度的方法叫制冷，这是工程术语。 热量总是通过传导、对流、辐射，从温度高的物体转移到温度低的物热量总是通过传导、对流、辐射，从温度高的物体转移到温度低的物 体，绝不可能反过来进行。一个物体失去一些热量后，它的温度也会降体，绝不可能反过来进行。一个物体失去一些热量后，它的温度也会降 低一些。低一些。“制冷制冷”的目的就是通过制冷系统，将空气中的热量向比空气的目的就是通过制冷系统，将空气中的热量向比空气 温度更低的制冷剂传递，

35、达到降低空气温度的目的。温度更低的制冷剂传递，达到降低空气温度的目的。 47 热运动的基本规律 什么叫制冷，比如我们将装有一千克什么叫制冷，比如我们将装有一千克 20 20 冷水的水壶放到一块烧冷水的水壶放到一块烧 到到 500 500 的铁板上，没有多久水就开了，如果不拿开水壶，不多久水就的铁板上，没有多久水就开了，如果不拿开水壶，不多久水就 干了。大家会说钢板在对水加热，反过来也可以说水在对钢板降温。而干了。大家会说钢板在对水加热，反过来也可以说水在对钢板降温。而 且，降了多少度，都可计算出来，因为一千克水从且，降了多少度，都可计算出来，因为一千克水从 20 20 升到升到 100 100

36、 ， 它需要外界提供它它需要外界提供它 80 80 千卡热量，水从千卡热量，水从100100到烧干，它需要外界提供到烧干，它需要外界提供 539 539 千卡热量，也就是说一公斤千卡热量，也就是说一公斤2020冷水烧到干，要外界提供冷水烧到干，要外界提供 619 619 千卡千卡 热量。如果按制冷的角度它从外界或钢板中提取了热量。如果按制冷的角度它从外界或钢板中提取了619 619 千卡热量而变成千卡热量而变成 了水蒸汽，使钢板降温了，这就是制冷，是利用水对钢板制冷。如果将了水蒸汽，使钢板降温了，这就是制冷，是利用水对钢板制冷。如果将 水倒在钢板上，那就更直观了。这里的水就是制冷剂。水倒在钢板

37、上，那就更直观了。这里的水就是制冷剂。 1kg 1kg 纯水温度升高或降低纯水温度升高或降低1 1摄氏度，所吸收或放出的热量为摄氏度，所吸收或放出的热量为1 kcal1 kcal。 1kcal1kcal4.1868kJ4.1868kJ 48 热运动的基本规律 49 热运动的基本规律 50 热运动的基本规律 51 热运动的基本规律 2. 2.供暖原理供暖原理 如果我们在壶嘴上套根管子，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壶就如果我们在壶嘴上套根管子，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壶就 成小锅炉了。水蒸汽进了浴室马上凝结成小水珠（雾气），放出热量使成小锅炉了。水蒸汽进了浴室马上凝结成小水珠（雾气），放出

38、热量使 浴室内温度上升，同样一公斤水烧成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出浴室内温度上升，同样一公斤水烧成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出 539539大卡热量后全部变成水，在蒸汽变成水的时候，小水珠的温度是大卡热量后全部变成水，在蒸汽变成水的时候，小水珠的温度是 100100，这是一个冷凝过程。当然小水珠会继续放出热量而降低温度，等，这是一个冷凝过程。当然小水珠会继续放出热量而降低温度，等 水珠变成水滴落到地上或附在墙壁上时，只有水珠变成水滴落到地上或附在墙壁上时，只有3030左右了，这就不是冷左右了，这就不是冷 凝过程了，而只是普通降温过程。同样将锅炉蒸汽通到室内供热排管中凝过程了，而只是普通降温过

39、程。同样将锅炉蒸汽通到室内供热排管中 ，室内供热排管对蒸汽来说就成了冷凝器。，室内供热排管对蒸汽来说就成了冷凝器。 52 热运动的基本规律 如果供应的蒸汽压力是如果供应的蒸汽压力是 1 1 Kg/ cm2 表压力（实际是表压力（实际是2 2个大气压），热个大气压），热 水汀表面温度就是水汀表面温度就是110110，供热排管向室内空气散发热量，使室内温度上，供热排管向室内空气散发热量，使室内温度上 升，而蒸汽就在供热排管内冷凝成水，如果向室内散发了升，而蒸汽就在供热排管内冷凝成水，如果向室内散发了539539千卡热量，千卡热量， 供热排管内就冷凝下来供热排管内就冷凝下来1 1公斤水。公斤水。 按

40、制冷角度来讲，这整个过程就是煤燃烧的热量被水吸收而沸腾，按制冷角度来讲，这整个过程就是煤燃烧的热量被水吸收而沸腾， 成为蒸汽，蒸汽带着吸收来的热量来到供热排管，供热排管的表面向空成为蒸汽，蒸汽带着吸收来的热量来到供热排管，供热排管的表面向空 气散发了热量，蒸汽失去热量后又重新冷凝成蒸馏水，这水可通过设备气散发了热量，蒸汽失去热量后又重新冷凝成蒸馏水，这水可通过设备 回到锅炉继续使用。回到锅炉继续使用。 53 热运动的基本规律 3. 3. 最简单的制冷由四大要件组成：最简单的制冷由四大要件组成： 压缩机；压缩机； 冷凝器；冷凝器； 节流阀；节流阀； 蒸发器。蒸发器。 54 热运动的基本规律 4.

41、 4. 空调预备知识：空调预备知识： 1. 1. 蒸发能制冷，蒸发越快，制冷越好。（如：蒸发能制冷，蒸发越快，制冷越好。（如：酒精比水更容易蒸发酒精比水更容易蒸发 ） 温度越高，蒸发越快。（如：温度越高，蒸发越快。（如：洗晒的衣服，夏天比冬天容易干洗晒的衣服，夏天比冬天容易干） 压力越低，蒸发越快。压力越低，蒸发越快。 （如：（如：在青藏高原，水不到在青藏高原，水不到9090就沸腾了，就沸腾了， 并开始蒸发并开始蒸发 ） 2. 2. 加压可以使气体变成液体，而且压力越高，越容易变成液体。加压可以使气体变成液体，而且压力越高，越容易变成液体。 （如：（如：液化气液化气） 冷却可以使气体变成液体，

42、温度越低，越容易变成液体。冷却可以使气体变成液体，温度越低，越容易变成液体。 （如：（如：水蒸气遇冷凝结成水水蒸气遇冷凝结成水） 55 热运动的基本规律 56 热运动的基本规律 5. 5.空调的工作原理空调的工作原理 （1 1）低温、低压的气态氟里昂被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体）低温、低压的气态氟里昂被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体 氟里昂；氟里昂； （绝热压缩，时间短）（绝热压缩，时间短） （2 2）气态氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高）气态氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高 压液体氟里昂；压液体氟里昂； （等温压缩）（等温压缩） （3 3）通过节流装置降压又变成低温低压的气液氟里昂混合物。）通过节流装置降压又变成低温低压的气液氟里昂混合物。（绝热膨胀（绝热膨胀 ） （4 4）此时，气液混合的氟里昂就开始空调制冷：它进入室内的蒸发器，通）此时，气液混合的氟里昂就开始空调制冷：它进入室内的蒸发器，通 过吸收室内空气中的热量而不断汽化，这样，房间的温度降低了，它过吸收室内空气中的热量而不断汽化，这样，房间的温度降低了，它 也又变成了低压气体，重新进入了压缩机。也