f华中科技大学物理_热力学基础ppt课件

1、例例 7 71717容器被中间的隔板分成相等两部分，一半装有氦气，温度容器被中间的隔板分成相等两部分，一半装有氦气，温度250K250K；一半装有氧气，温度为一半装有氧气，温度为310K310K。两者压强相等，求去掉隔板后两种。两者压强相等，求去掉隔板后两种气体混合后的温度。气体混合后的温度。He2OK2501TK3102T去掉隔板前后去掉隔板前后去掉隔板前系统内能：去掉隔板前系统内能：21252322RTMmRTMmEOOHeHe去掉隔板后系统内能：去掉隔板后系统内能：RTMmRTMmEOOHeHe252322210022RTMmRTMmVpOOHeHe252325231222TTTTT12

2、2TTOHe1;.热热 力力 学学 基基 础础华中科技大学2;. 热力学研究的目的在于如何有效地利用热能，热力学利用分子运动论的结热力学研究的目的在于如何有效地利用热能，热力学利用分子运动论的结论，关注热力学系统的宏观效应。论，关注热力学系统的宏观效应。kTi2RTiMmE2估计估计1kg1kg的氧气（双原子分子）在室温下的内能：的氧气（双原子分子）在室温下的内能： JE331019430031. 82510321 这一能量可以使普通这一能量可以使普通40W40W电灯工作电灯工作 8181分钟分钟! ! 将将 100kg 100kg 的物体提升近的物体提升近 200200米米 的高度！热力学系

3、统是一个可观的能量资源。可有此等好事发生？的高度！热力学系统是一个可观的能量资源。可有此等好事发生？3;. JE310194贮存在贮存在1kg1kg的氧气内部的内能：的氧气内部的内能： 这一能量可以使普通这一能量可以使普通40W40W电灯工作电灯工作 8181分钟分钟! ! 将将 100kg 100kg 的物体提升近的物体提升近 200200米米 的高度！热力学系统是一个可观的能量资源。可有此等好事发生？的高度！热力学系统是一个可观的能量资源。可有此等好事发生？问题：就在于如何利用理想气体的能量资源把无序的分子运动转化为有序的问题：就在于如何利用理想气体的能量资源把无序的分子运动转化为有序的宏

4、观运动。宏观运动。 大规模利用热能资源是以蒸汽机为标志的第一次工业革命。大规模利用热能资源是以蒸汽机为标志的第一次工业革命。4;.第第8章章 热力学基础热力学基础8.1 8.1 热力学第一定律热力学第一定律8.2 8.2 热容量热容量8.3 8.3 热力学第一定律应用热力学第一定律应用8.4 8.4 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环8.5 8.5 热力学第二定律热力学第二定律8.6 8.6 熵熵 熵增加原理熵增加原理8.7 8.7 熵的统计表述熵的统计表述5;.8.1 8.1 热力学第一定律热力学第一定律 实际系统变化时，需要一定的时间后才能得到均匀的平衡态。实际系统变化时，需要一定的时间后

5、才能得到均匀的平衡态。实际的热力实际的热力学过程中任一状态都不是平衡态。学过程中任一状态都不是平衡态。当系统在变化过程中经历的每一状态都是平衡态，当系统在变化过程中经历的每一状态都是平衡态， 此过程此过程准静态过程准静态过程系统从系统从一个一个平衡态平衡态系统经历了一个热力学过程系统经历了一个热力学过程另一另一平衡态平衡态一一 准静态过程准静态过程6;. 因为状态图中任何一点都表示系统的一因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，个平衡态， 故准静态过程可以用状态图中的一条曲线故准静态过程可以用状态图中的一条曲线表示，反之亦如此。表示，反之亦如此。 VPo等温过程等温过程等容过程等容过程等压

6、过程等压过程循环过程循环过程状态图状态图 用系统的状态参量为坐标轴作的图，如用系统的状态参量为坐标轴作的图，如P- -V图图 （或（或P- -T图，图，V- -T图）图） 7;. 二二 热力学系统的功热力学系统的功以气体在汽缸内膨胀（准静态过程）为例：以气体在汽缸内膨胀（准静态过程）为例：功是能量交换或转化的一种量度，做功改变系统的状态功是能量交换或转化的一种量度，做功改变系统的状态(系统内能变化系统内能变化)。热力学系统中，要用热力学量。热力学系统中，要用热力学量( p、V、T )描述功。描述功。8;.xF 二二 热力学系统的功热力学系统的功以气体在汽缸内膨胀（准静态过程）为例：以气体在汽缸

7、内膨胀（准静态过程）为例：功是能量交换或转化的一种量度，做功改变系统的状态功是能量交换或转化的一种量度，做功改变系统的状态(系统内能变化系统内能变化)。热力学系统中，要用热力学量。热力学系统中，要用热力学量( p、V、T )描述功。描述功。rdrFrFAdddcos9;.xxpSAddrd21VVVpAdVxSdd pSF A A 0 0 系统对外做功（体积膨胀）系统对外做功（体积膨胀）A A 0 0 系统对外做负功（体积被压缩）系统对外做负功（体积被压缩）VpAddrFrFAdddcos10;.21VVVpAdP2P1P1V2VVpdV A是是p(V)曲线下的面积，且与曲线具体曲线下的面积，

8、且与曲线具体形状有关。形状有关。VpAdd 21VVVpAd结果不唯一！结果不唯一！问题问题:汽缸的活塞运动后返回原地，汽缸内理想气体对外界的功是零？其内能的变化汽缸的活塞运动后返回原地，汽缸内理想气体对外界的功是零？其内能的变化是零？是零？11;.例题：理想气体质量为例题：理想气体质量为m，由，由（p1V1）态等温的变化到态等温的变化到（p2V2）态。过程是准静态，态。过程是准静态，求气体系统的功。求气体系统的功。P2P1P1V2VV21VVVpAd2110VVVVRTMmAd120lnVVRTMmA210lnppRTMm逆过程的功符号相反，外界对系统做功。逆过程的功符号相反，外界对系统做功

9、。RTMmpV 12;.做做“功功”总是伴随能量传递（或转化）。总是伴随能量传递（或转化）。系统与外界有系统与外界有“功功”的交换的交换物体分子的规则运动能量物体分子的规则运动能量机械能机械能物体分子的无规运动能量物体分子的无规运动能量系统内能系统内能机械能机械能系统内能系统内能三三 热量热量 Q利用系统和外界温度的不同利用系统和外界温度的不同来改变系统内能的方法来改变系统内能的方法传热传热在传热过程中，传递给系统能量的多少称为热量在传热过程中，传递给系统能量的多少称为热量. .单位单位: : J( (焦耳焦耳) )或或 cal( (卡卡), ( 1), ( 1卡卡 = 4.18 = 4.18

10、 焦耳焦耳 ) )13;.0Q系统从外界系统从外界吸热吸热0Q系统向外界系统向外界放热放热 向系统传递热量向系统传递热量、系统的内能系统的内能的变化及的变化及系统与外界的功有一定的数量关系统与外界的功有一定的数量关系。系。 三三 热量热量 Q在传热过程中，传递给系统能量的多少称为热量在传热过程中，传递给系统能量的多少称为热量. .内能的变化内能的变化外界对系统作功（或反之）外界对系统作功（或反之）外界对系统传热（或反之）外界对系统传热（或反之）单位单位: : J( (焦耳焦耳) )或或 cal( (卡卡), ( 1), ( 1卡卡 = 4.18 = 4.18 焦耳焦耳 ) )约定：约定：14;

11、. 设某过程，系统从外界吸热设某过程，系统从外界吸热Q，并对外界作功，并对外界作功A，系统内能从，系统内能从E1 1E2 2，由能量守，由能量守恒定律可得：恒定律可得：四热力学第一定律四热力学第一定律12EEEQAQEA dAdEdQ外界对系统所传递的热：一部分用于系统对外作功，外界对系统所传递的热：一部分用于系统对外作功， 一部分使系统内能增加。一部分使系统内能增加。热力学第一定律实质是包含热能在内的能量守恒定律。热力学第一定律实质是包含热能在内的能量守恒定律。15;.012EEEQAAQ 系统内能不变，只能是系统温度不变的过程系统内能不变，只能是系统温度不变的过程等温等温过程过程。RTiM

12、mE2012EEEQA16;.012EEEQ12EEQ 系统与外界无功的交换。系统变化的过程中体积始终不变等容过程。系统与外界无功的交换。系统变化的过程中体积始终不变等容过程。012EEEQ012EEEA12EEA系统变化的过程中始终与外界无热量交换绝热过程系统变化的过程中始终与外界无热量交换绝热过程012EEEA0A0Q17;.AEQ 注意注意： 由于由于内能是状态量，内能是状态量，功功 A 和热量和热量 Q 都是过程量，与气体的具体变化过程有都是过程量，与气体的具体变化过程有关。关。RTiMmE2 只要理想气体的初、末态确定，内能的变化就确定。与气体的变化过程无只要理想气体的初、末态确定，

13、内能的变化就确定。与气体的变化过程无关！关！TRiMmE218;.21VVVpAdAEQ TRiMmE2?Q19;.定义定义摩尔热容摩尔热容：Mm dTdQMcC摩尔热容摩尔热容C： 1 1摩尔的物质温度升高摩尔的物质温度升高( (降低降低) )1K所吸收所吸收( (放出放出) )的热量。的热量。McdTdQ 12TTmcQ 设理想气体的质量设理想气体的质量m，温度从温度从T1变化到变化到T2，系统交换的热量系统交换的热量Q：8.2 8.2 理想气体的热容理想气体的热容如果已知摩尔热容，质量如果已知摩尔热容，质量m理想气体交换的理想气体交换的热量为热量为Q：比热比热12TTCMmQ20;.常见

14、的过程的摩尔热容常见的过程的摩尔热容: :一、定容过程一、定容过程0dV VVVdTdQMcCVdEdAdT0VdApdVRidTdECV22moliERTRidTdE212TTCMmQVVVdTdAdTdE21;.2dEiRdT二、定压过程二、定压过程0dp 1mol1mol理想气体的状态方程：理想气体的状态方程：MmRTpVRdTpdV RdTpdVRRiCp212TTCMmQpppppdTdAdEdTdQCpdTpdVdTdE22;.RiCp12RiCV2摩尔热容在理想气体历经不同的过程中有不同的值，热量是过程量。摩尔热容在理想气体历经不同的过程中有不同的值，热量是过程量。定义气体的比热

15、定义气体的比热( (容容) )比：比：iiiCCVp212RCCVp迈耶公式迈耶公式23;.1212TTCMmEEVdTCMmdEV 由于内能是状态量，理想气体历经一切过程，内能的表达同上！由于内能是状态量，理想气体历经一切过程，内能的表达同上！dTCMmdEP利用利用CV表达内能：表达内能：TCMmRTiMmEV224;.例例 8 89 9VpABPa1000. 45BAppJ1029. 424TRiMmEBAJ100 . 64TCMmQpBAmol25.4121100 . 64TRiTCQMmpBAJ1071. 14BABABAEQA1T2TKT50等容时：等容时：J1029. 404EQ

16、A52iH25;. 气缸内气缸内10mol单原子理想气体，在压缩过程中，外力做功单原子理想气体，在压缩过程中，外力做功209J，气体温，气体温度升高度升高1K，试计算气体内能增加和所吸收的热量，在此过程中气体的摩尔热容，试计算气体内能增加和所吸收的热量，在此过程中气体的摩尔热容量是多少？量是多少？J65.124131. 823102TRiMmEJ35.8420965.124AEQKmolJ435. 811035.84TMmQC8 8101012TTCMmQ26;.常见热力学过程的热量、功和内能的计算。常见热力学过程的热量、功和内能的计算。TCMmQTCMmEV21VVdVpAAEQ 8.3 8

17、.3 热力学第一定律应用热力学第一定律应用27;.1. 等容过程等容过程0dV021VVdVpA12TTCMmEQVAEQ V1p2p0Vp2. 等温过程等温过程0dT0TCMmEVAQ 210120lnlnPPRTMmVVRTMm能否直接求解热量？能否直接求解热量？28;.pV2V0p1V12TTCMmQp1221TTRiMm12021VVpiTCMmEVTRiMm23. 等压过程等压过程0dpAEQ 120VVpATRMmTTRMm12RTMmpV RiRCp229;.4. 绝热过程绝热过程 系统变化的过程中始终不能与外界交换热量绝热过程。系统变化的过程中始终不能与外界交换热量绝热过程。

18、在实际的过程中，过程的某一瞬间，由于热量的传递慢，在瞬间可以将过程近在实际的过程中，过程的某一瞬间，由于热量的传递慢，在瞬间可以将过程近似为绝热过程。似为绝热过程。绝热过程的基本特征是绝热过程的基本特征是：0dQ 准静态绝热过程准静态绝热过程pdVdE 0dEpdVRTiMmE2 12RdTiMmpdV30;.绝热过程绝热过程状态方程：状态方程： 2RdTMmVdppdV消除变量消除变量T (2)/(1) ：ipdVVdppdVVdppdV21CVplnln0VVppddCpVln1CpVRTMmpV 12RdTiMmpdViVppV21dd31;.1CpV绝热过程的泊松公式绝热过程的泊松公式

19、: :21CTV31CTp是描述绝热过程的过程方程。是描述绝热过程的过程方程。但不论何种过程，理想气体都必须满足状态方程。但不论何种过程，理想气体都必须满足状态方程。0dQpVRT1pRTV1VRTp32;.与理想气体的等温过程比较：与理想气体的等温过程比较：CpVCpV绝热过程在绝热过程在 pV 图上也是一个类似双曲线的图上也是一个类似双曲线的曲线。曲线。绝热绝热等温等温AVOp 两曲线的交点两曲线的交点 A A 处的切线斜率均为负值，但绝热曲线的斜率更小（绝对值处的切线斜率均为负值，但绝热曲线的斜率更小（绝对值大）大） 。0VVppddAAAAVpVpkdd绝热过程绝热过程1ATk01Vp

20、VpVdd33;.等温过程等温过程AAAATVpVpkddAAAAVpVpkddATAkkVnkTp pnVT,0d绝热绝热等温等温AVOppnVQ,0d pT0000EAVEAddddd绝热过程无能源供给，气体膨胀时，其压强下降更快。证明？绝热过程无能源供给，气体膨胀时，其压强下降更快。证明？34;.AEQ 0QAE 0EA122TTRiMmi21112i2211211111VpVpTTRMmA例题：绝热过程的功的计算。例题：绝热过程的功的计算。TCMmVRTMmpV 35;.221111VpVpA2211VpVp2112VVpp1211111VVVpA12121111VVppVpA36;.

21、 非准静态绝热过程非准静态绝热过程真空真空绝热自由膨胀绝热自由膨胀37;.由于真空膨胀，气体不做功。由于真空膨胀，气体不做功。 非准静态绝热过程非准静态绝热过程 绝热自由膨胀：过程不是准静态，气体的各部分参数不同，不满足理想气体的绝热自由膨胀：过程不是准静态，气体的各部分参数不同，不满足理想气体的状态方程。也不能用状态图表示。但服从能量守恒热力学第一定律。状态方程。也不能用状态图表示。但服从能量守恒热力学第一定律。0A012EEE21TT 气体膨胀的初态、末态是平衡态，可以用状态方气体膨胀的初态、末态是平衡态，可以用状态方程描述。程描述。AEQ 0QAE 0绝热自由膨胀绝热自由膨胀38;.由于

22、初态、末态是平衡态由于初态、末态是平衡态, ,可以用状态方程描述：可以用状态方程描述：111RTMmVp222RTMmVp121212TTVV1221pp *绝热自由膨胀虽然初、末态温度相同，绝热自由膨胀虽然初、末态温度相同，但不是等温过程！但不是等温过程！39;.n=0 等压过程等压过程n=1 等温过程等温过程n= 绝热过程绝热过程（C=0）n= 等容过程等容过程5. 多方过程多方过程 气体的实际过程常常既不是等值的，也不是绝热的。而是用以下方程描述的气体的实际过程常常既不是等值的，也不是绝热的。而是用以下方程描述的多多方过程：方过程：PV n = =常量常量 （n称称为多方指数）为多方指数

23、） 一般情况一般情况 1 n ，多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。AAAAnVpnVpkddV1p2p0Vp40;.过程特征参量关系等容等容0等压等压等温等温0绝热绝热0QAE0V0p0T0Q CTpCTVCpV 1pVC12VTC13pTCTCMmVTCMmp12lnVVRTMmTRMmQA TCMmV11122VpVpTCMmVAEQTCMmV41;.过程特征参量关系等容等容0等压等压等温等温0绝热绝热0QAE0V0p0TCTpCTVCpV TCMmVTCMmpQA 21lnppRTMmVpTCMmVAEQTCMmVTCMmVTCMmV1pVC

24、12VTC13pTC0Q 42;. 热能不能直接转化为有用功，必须通过热力学系统，使热能先转化为气体分子热能不能直接转化为有用功，必须通过热力学系统，使热能先转化为气体分子的无序运动，再使无序的分子运动转化为有序运动。的无序运动，再使无序的分子运动转化为有序运动。热力学系统热力学系统热能热能功功热能不可能脱离热力学系统直接做功！热能不可能脱离热力学系统直接做功！8.48.4热力学系统的循环过程热力学系统的循环过程43;.热力学系统热力学系统热能热能功功目的：希望将热能转化为功。目的：希望将热能转化为功。AEQ 一、为什么需要循环？一、为什么需要循环？ 理想气体以体积膨胀的方式对外界做功。但膨胀

25、有限度，这一限度限制理想气体以体积膨胀的方式对外界做功。但膨胀有限度，这一限度限制了将热能转化为功的连续性了将热能转化为功的连续性。44;.VA? 现实的方法是：当热力学系统做功到一定的程度后，设法使系统恢复到初始现实的方法是：当热力学系统做功到一定的程度后，设法使系统恢复到初始状态，再以原方式对外界做功。状态，再以原方式对外界做功。 这样周而复始，可以用一个热力学系统，连续将热能转化为有用功。所以循这样周而复始，可以用一个热力学系统，连续将热能转化为有用功。所以循环过程是必须的。环过程是必须的。p45;.二、需要什么形式的循环？二、需要什么形式的循环？ 由于热力学系统返回初始态时，外界必须付

26、出代价由于热力学系统返回初始态时，外界必须付出代价外界对系统做功。外界对系统做功。 如果外界的功等同或大于系统膨胀的功，系统膨胀的功则毫无意义！如果外界的功等同或大于系统膨胀的功，系统膨胀的功则毫无意义！46;.VAB1QAbb2Q11AEEQAB22AEEQBA2121AAQQ2121AAQQ21AAA21QQAp 热力学系统是能量的中转站！热力学系统是能量的中转站！三、循环的目的：三、循环的目的：47;.21QQA 为评价一个循环将热能转化为有用功的能力，引入循环效率：为评价一个循环将热能转化为有用功的能力，引入循环效率：1QA1212111QQQQQQA 一个具体循环效率，可由上式计算。

27、构造循环时应是高效率的循环。一个具体循环效率，可由上式计算。构造循环时应是高效率的循环。四、如何评价循环？四、如何评价循环？ 因为系统必须返回原态，系统在循环中放热是不可避免的。系统在循环中吸因为系统必须返回原态，系统在循环中放热是不可避免的。系统在循环中吸收的热能只有一部分转化为有用功。收的热能只有一部分转化为有用功。48;.ABCD1Q2Q1T2TV 卡诺循环卡诺循环 由四个分过由四个分过程组成程组成:BA第一过程：等温过程第一过程：等温过程21TT p第二过程：绝热过程第二过程：绝热过程CB 第第 三过程：等温过程三过程：等温过程第第 四过程：绝热过程四过程：绝热过程DC AD 过程效率

28、：过程效率：%100过程效率：过程效率：仅恢复体积仅恢复体积恢复内能、体积恢复内能、体积卡诺（卡诺（Carnot）AEQ 49;.ABCD1Q2Q1T2TV21TT 卡诺循环的效率：卡诺循环的效率：0ln11ABABVVRTMmAQ0ln22CDCDVVRTMmAQp1211QQQA50;.ABCD1Q2Q1T2TV21TT ABVVRTMmQln11DCVVRTMmQln22以绝对值表示：以绝对值表示：ABDCVVTVVTQQlnln11121211CCBBVTVT11DDAAVTVTpDCABVVVV121TT51;.121TTABCD1Q2Q1T2TV21TT 热力学系统卡诺循环与两个热

29、库有关，热力学系统卡诺循环与两个热库有关，T1是高温热库温度，是高温热库温度，T2是低温热库温度。是低温热库温度。例如：汽油机汽缸燃烧高温例如：汽油机汽缸燃烧高温T11000 ， 排汽温度排汽温度T227，汽油机卡诺效率：，汽油机卡诺效率：%4 .7612733001112TTp52;.例例 8 81313Vpabc1V2V1pba AEQ12121VVpiTTCMmQabpab121VVpAab1212VVpiAQEcb ac 2112VVpiTTCMmEQbcVbc0bcA0caE211121lnlnVVVpVVRTMmAQacaca211VpVpcRTMmpV 3i53;.021121V

30、VpiTTCMmQabpab02211VVpiQbc0ln2111VVVpQca12121112111221ln211VVpiVVVpVVpiQQVpabc1V2V1pcabcQQQ21Q54;.卡诺循环的图示：卡诺循环的图示：ABCD1Q2Q1T2TV21TT p1211TTQA2Q21QQA1Q1T2T高温热源高温热源低温热源低温热源55;.VAB1Q2QAbb 循环的目的是热功转化，理想气循环的目的是热功转化，理想气体系统膨胀的功大于系统复原时外界体系统膨胀的功大于系统复原时外界的功。的功。 基本特点是基本特点是顺时针循环顺时针循环，称为，称为正循环，以正循环的工作的系统称正循环，以正循

31、环的工作的系统称为为热机热机。如果循环方向逆转如果循环方向逆转：p56;.VAB1Q2QAbb 理想气体系统膨胀的功小于系统复原理想气体系统膨胀的功小于系统复原时外界的功。外界对系统有净功！时外界的功。外界对系统有净功！ 循环的目的不再是热功转化，而是循环的目的不再是热功转化，而是以功为代价，换取热量的逆行，以功为代价，换取热量的逆行，即制冷。即制冷。p制冷循环制冷循环 57;.制冷循环制冷循环 为评价一个逆循环有用功将热量为评价一个逆循环有用功将热量逆抽送的能力，引入逆抽送的能力，引入制冷系数制冷系数：AQw2212QQQwAQ 2PwtQ2VAB1Q2QAbbptAwtQ258;.ABVV

32、RTMmQln11DCVVRTMmQln22212212TTTQQQw1121TTw随低温热源的温度随低温热源的温度T2的下降，制冷系数降低，进一的下降，制冷系数降低，进一步制冷困难。步制冷困难。卡诺逆循环卡诺逆循环ABCD1Q2Q1T2TV21TT pDCABVVVV59;.260265270275280285290295300050100150200250300T2W16-May-2005 W.m f=16KHz212212TTTQQQwK3001T制冷系数随低温热库的温度变化。制冷系数随低温热库的温度变化。2T60;.例例 设电冰箱箱内温度为设电冰箱箱内温度为T2=270K，箱外空气温度

33、为箱外空气温度为T1=300K（27 ），卡诺卡诺制冷系数为：制冷系数为：212TTTw9270300270若 T2=252K（18 ）212TTTw25. 525230025261;.例：一制冷机的电机的输出功率为例：一制冷机的电机的输出功率为200W，如果冷凝室的温度为，如果冷凝室的温度为270.0K，而冷凝室外，而冷凝室外的温度为的温度为300.0K，如果为理想效率，问在，如果为理想效率，问在10.0min内从冷凝室中取出的热量为多少？内从冷凝室中取出的热量为多少？sJ180020092PwtQ9270300270212TTTw600秒时间总热量：秒时间总热量：J1008. 118006

34、0062QPwtAwtQ262;. 在实际过程中，热能与机械功的转化过程中有在实际过程中，热能与机械功的转化过程中有不对等不对等的结构。的结构。 循环吸热后，由于循环的性质，循环吸热后，由于循环的性质，必须必须返还其中一部分于外界，否则循环不返还其中一部分于外界，否则循环不能维持。能维持。AEQ0E循环过程：循环过程：AQ %100QA%100111212TTQQ8.5 热力学第二定律热力学第二定律一一 与热现象有关的宏观自然过程与热现象有关的宏观自然过程63;.%100111212TTQQ 热能不可能全部转化为功，而不对外界产生影响！热能不可能全部转化为功，而不对外界产生影响！ 等温过程可以

35、将热能全部转化为功，但是对外界有影响。（气体的体积变化）等温过程可以将热能全部转化为功，但是对外界有影响。（气体的体积变化） 功热转换过程具有方向性！功转换为热经常自然发生；而热不可能自动地转换功热转换过程具有方向性！功转换为热经常自然发生；而热不可能自动地转换为功。为功。64;.热传导热传导 热量自动地由高温物体传向低温物体，其逆过程是不存在的。即热传导过热量自动地由高温物体传向低温物体，其逆过程是不存在的。即热传导过程是不可逆的。程是不可逆的。气体的自由膨胀气体的自由膨胀气体的自由膨胀过程是不可逆的。气体的自由膨胀过程是不可逆的。 自然界的一切实际热力学过程都是按一定的方向进行的，其逆过程

36、不可能自然界的一切实际热力学过程都是按一定的方向进行的，其逆过程不可能自动进行。自动进行。自然过程是有方向的自然过程是有方向的。65;.开尔文的表述开尔文的表述：单一热源：单一热源循环动作循环动作热机不可能制成。热机不可能制成。克劳修斯表述克劳修斯表述：热量不可能：热量不可能自动地自动地由低温热源传向由低温热源传向 高温热源。高温热源。 热力学第二定律是说明热力学第二定律是说明自然宏观过程进行的方向的规律。自然宏观过程进行的方向的规律。热力学第二定律的两种表述是等价的。热力学第二定律的两种表述是等价的。二二 热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述( (唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的

37、。唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。) )66;. 不可能有这样的循环，从单一热源吸热并全部转化为功，而不对外界产不可能有这样的循环，从单一热源吸热并全部转化为功，而不对外界产生影响。生影响。热量不可能热量不可能自动地自动地由低温热源传向高温热源。由低温热源传向高温热源。热量可以热量可以自动地自动地由高温热源传向低温热源。由高温热源传向低温热源。热量可以由低温热源传向高温热源。热量可以由低温热源传向高温热源。热机的效率不可能达到热机的效率不可能达到100100。问题：热机的效率不能达到问题：热机的效率不能达到100100，理论上热机的效率上限是多少？在技术上如，理论上热机的效率上限是多

38、少？在技术上如何达到这个上限？何达到这个上限？67;.例 用热力学第一定律和第二定律分别证明，在P-V图上一绝热线与一等温线不能有两个交点 解：1.由热力学第一定律有AEQ 若有两个交点a和b，则经等温过程有0111 AQE经绝热过程有022 AE022 AE从上得出21EE这与两点的内能变化应该相同矛盾2.若两条曲线有两个交点，则组成闭合曲线而构成了一循环过程，这循环过程只有吸热，无放热，且对外做正功，热机效率为100%，违背了热力学第二定律68;. 一、可逆过程与不可逆过程一、可逆过程与不可逆过程定义定义可逆过程可逆过程: : 一个过程一个过程 P 其逆过程完成时，周围的一切都完全复原，则

39、过程其逆过程完成时，周围的一切都完全复原，则过程 P 为可为可逆过程。逆过程。不可逆过程不可逆过程: : 一个过程一个过程 P 其逆过程不存在，或逆过程完成时周围的一切不能完其逆过程不存在，或逆过程完成时周围的一切不能完全复原，则过程全复原，则过程 P 为不可逆过程。为不可逆过程。 可逆过程一定是准静态过程。但准静态过程不一定是可逆过程。例如无限缓可逆过程一定是准静态过程。但准静态过程不一定是可逆过程。例如无限缓慢地透热过程。慢地透热过程。8.6 8.6 熵熵 系统恢复不了原态，系统恢复不了原态，P 就是不可逆的；系统恢复了原态却引起了外界的变化，就是不可逆的；系统恢复了原态却引起了外界的变化，过程过程 P 也是不可逆的也是不可逆的 69;.p热机汽缸的活塞快速膨胀过程是否可逆过程？热机汽缸的活塞快速膨胀过程是否可逆过程？70;.热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？p1p由于快速膨胀：由于快速膨胀：pp 1系统对外界的功：系统对外界的功：VpA1171;.由于快速压缩：由于快速压缩：2pp热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？热机的汽缸活塞