循环过程、热二律、熵

1、上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 一、理想气体状态方程、热一律一、理想气体状态方程、热一律复习：复习：TRiME 2 )(2pVi 等等体体pVi 2等等压压Vpi 2等温等温0= 21VVpdVA等等压压Vp =等体等体0绝热绝热)(22211VpVpi E 等等温温12lnVVRTM 二、理想气体的典型过程二、理想气体的典型过程7 组组上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 等等压压TCMp =等体等体TCMV 绝热绝热0等温等温TAEQV AEQ TTAQ EAT TCMQ 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻

2、灯片 返回第一张返回第一张 9.3 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环序言：序言：2. 实际的应用要借助循环过程；实际的应用要借助循环过程；1. 研究热力学系统的状态及变化规律，目的之研究热力学系统的状态及变化规律，目的之一是为人服务；一是为人服务；系统系统环境环境例：例：热机：热机：利用传热实现对外做功，利用传热实现对外做功，内能内能机械能机械能制冷机：制冷机：利用外界做功实现传热，把环境中一处利用外界做功实现传热，把环境中一处的内能转移到另一处，达到制冷的目的的内能转移到另一处，达到制冷的目的AQAQ上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 3. 语言约定：语

3、言约定：工作工作物质物质高温热源高温热源低温热源低温热源Q1Q2AA例：蒸汽机例：蒸汽机 汽汽膨胀膨胀做功做功A锅炉锅炉汽汽Q1水水冷凝器冷凝器Q2Vpodcba一、循环过程一、循环过程1. 特点：特点：0 E AQ :由热一律由热一律AQQ 放放吸吸即即:上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 2. 正循环和热机效率：正循环和热机效率： 顺时针循环顺时针循环021 AQQVpodcbaAQQ 放放吸吸热机效率：热机效率：A的份额越大越好的份额越大越好21QAQ 1QA 121QQQ 121QQ Vpodcba3. 逆循环和制冷系数：逆循环和制冷系数：逆时针循环

4、逆时针循环012 AQQ制冷系数：制冷系数：2AQw 212QQQ 21AQQ Q2 份额越大越好份额越大越好上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 二、卡诺循环卡诺循环18世纪热机效率很低（世纪热机效率很低（3%左右），为提高左右），为提高热机效率，卡诺从理论上分析，于热机效率，卡诺从理论上分析，于1824年年提出一种理想热机提出一种理想热机卡诺热机卡诺热机理想气体经历卡诺循环效率最高理想气体经历卡诺循环效率最高1.卡诺循环卡诺循环由两个等温过程和由两个等温过程和两个绝热过程组成两个绝热过程组成Vpo1(T1,V1)2(T1,V2)3(T2,V3) 4(T2,

5、V4)等温膨胀等温膨胀 降降温膨胀温膨胀等等温收缩温收缩升温升温收缩收缩例：例：1 2 3 4 1上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 Vpo1(T1,V1)2(T1,V2)3(T2,V3) 4(T2,V4)11TAQ 121lnVVRTM 22TAQ 342lnVVRTM 432lnVVRTM 23及及41由绝热过程相连：由绝热过程相连：常常量量 1 TV121312TTVV 121411TTVV 3241VVVV 1243VVVV 1212TTQQ 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 （2）至少要有两个热源：）至少要有两

6、个热源：（3）热机：）热机：T2=环境温度环境温度 提高效率需增大高温热源的温度；提高效率需增大高温热源的温度；说明：说明：12TT （1）卡诺机的）卡诺机的 和和w只与热源的温度有关；只与热源的温度有关；2. 卡诺机效率：卡诺机效率：1211QQQA 121TT 卡诺机制冷系数卡诺机制冷系数：2AQw 212QQQ 212TTT （4）制冷机：）制冷机： T1=环境温度环境温度 从温度越低的物体吸热，需要外界做从温度越低的物体吸热，需要外界做 越多的功。越多的功。上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 例例1：一台卡诺机在温度为：一台卡诺机在温度为27OC及及

7、127OC两个两个热源之间运转，（热源之间运转，（1）若循环中该机从高温热）若循环中该机从高温热源吸源吸5016J的热量，问该机向低温热源放出多的热量，问该机向低温热源放出多少热量，对外作功多少。（少热量，对外作功多少。（2）若使该机反向）若使该机反向运转，当从低温热源吸收运转，当从低温热源吸收5016J的热量，将向的热量，将向高温热源放出多少量高温热源放出多少量, 外界作功多少。外界作功多少。解：解：（1）1212111TTQQQA 1QA )(376212JAQQ 25. 0 )(1254 J （2）32122122 TTTQQQAQw)(16722JwQA JAQQ668821上一张幻灯

8、片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 9.4 热力学第二定律热力学第二定律一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性自然界中发生的一切过程都遵从热力学第一自然界中发生的一切过程都遵从热力学第一定律，但遵从热力学第一定律的过程不一定定律，但遵从热力学第一定律的过程不一定都能实现都能实现 例：例：（1）功热转化：）功热转化：（2）热传导：）热传导：（3）扩散：）扩散：其它形式的能其它形式的能内能内能内能自动内能自动高温物体高温物体低温物体低温物体自动自动密度大处密度大处密度小处密度小处粒子自动粒子自动上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 二、

9、可逆过程和不可逆过程二、可逆过程和不可逆过程（定义见书：（定义见书：P254）可逆过程：可逆过程：不需借助外界的影响即可反向进行的过程不需借助外界的影响即可反向进行的过程不可逆过程：不可逆过程：需要借助外界的影响才能反向进行的过程需要借助外界的影响才能反向进行的过程如：气体自由膨胀、汽化、升华、生长如：气体自由膨胀、汽化、升华、生长（2）不可逆的原因是不平衡和耗散；）不可逆的原因是不平衡和耗散； 只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程说明：说明：（1）自然界中的自发过程都是不可逆过程；）自然界中的自发过程都是不可逆过程；上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻

10、灯片 返回第一张返回第一张 三、热力学第二定律三、热力学第二定律1.开尔文表述开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量，使之变成有不可能从单一热源吸收热量，使之变成有用的功而不引起其它变化用的功而不引起其它变化功热转化过程是不可逆的功热转化过程是不可逆的2.克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化不引起其它变化热传导过程是不可逆的热传导过程是不可逆的说明：说明：上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 （1）以上两种表述是等价的；）以上两种表述是等价的；（反证法证）（反证法证） T1 T2 T1

11、T2A=Q1Q2Q1A=Q1Q1+Q2Q2（2）一切与热现象有关的实际自发过程都是）一切与热现象有关的实际自发过程都是不可逆的，且都是等价的。不可逆的，且都是等价的。Q1+Q2Q2以下从数学上和微观上考察自然过程的方向性以下从数学上和微观上考察自然过程的方向性有一个共同的原因有一个共同的原因上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 任务任务16:2. 作业：作业：P266：9.21，9.22，9.23，9.241. 交大作业交大作业上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 9.5 熵熵 熵增加原理熵增加原理一、卡诺定理一、卡诺定理1.

12、可逆机与不可逆机可逆机与不可逆机 工作物质作可逆循环的热机称为可逆工作物质作可逆循环的热机称为可逆热机；否则是不可逆热机热机；否则是不可逆热机2.卡诺定理卡诺定理 （见书：（见书：P256）（1）（2）121TT 可逆可逆 121TT 不可逆不可逆 综合：综合：121211TTQQ 用热二律用热二律可证明之！可证明之！上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 都用吸热表示都用吸热表示若系统经历任一循环，其温度连续地变化若系统经历任一循环，其温度连续地变化02211 TQTQ二、克劳修斯等式与不等式二、克劳修斯等式与不等式02211 TQTQPV0 TdQ=：可逆：

13、可逆 S1)lnln2(121212VVTTiRMSS 0)2ln0( RM 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 a bc d宏：宏：微：微：bcd a acd babd cabc da bc dcd ab bd ac bc ad ad bc ac bd ab cd a bcd b acd c abd d abc14641W：等几率原理：每一微观态出现的概率都相等等几率原理：每一微观态出现的概率都相等结论：结论：（1）平衡时，）平衡时，宏观上分子均匀分布的概率最大；宏观上分子均匀分布的概率最大；上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片 返回第一张返回第一张 WkSln 玻耳兹曼关系：玻耳兹曼关系：W：一种宏：一种宏观态所对