热力学统计物理第一章3课件

§1.8理想气体的绝热过程一、理想气体(准静态)绝热过程的过程方程又有热力学第一定律理想气体物态方程准静态过程绝热过程理想气体的定容热容量两边微分得得整理得---绝热过程中系统热力学量满足的函数关系式在绝热过程中,还成立吗?§1.8理想气体的绝热过程一、理想气体(准静态)绝热过程理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，压强与体积的次方的乘积是恒定不变的。

在理想气体图上绝热线比等温线为什么更陡？若理想气体的温度在过程中变化不大，可把看作常数，则有（理想气体绝热过程的过程方程）

绝热线等温线理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，压强与体积二、理想气体的多方过程多方过程的过程方程为多方系数,不是摩尔数多方过程的热容量对于理想气体由和可得（以1摩尔理想气体为例）（理想气体绝热过程的过程方程）

（1）“常数”并不相同。（2）可通过测定在该气体中的声速来确定。二、理想气体的多方过程多方过程的过程方程为多方系数,不是摩尔对两边微分，得所以等温过程绝热过程等压过程等容过程对两边微分，得所以等温过程绝热过程等（1）热机：通过工作物质所进行的过程，不断把其所吸收的热量转化为机械功的装置。§1.9理想气体的卡诺循环一、等温过程对于理想气体，在等温过程有（3）卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成。以理想气体为例，研究这两个过程。气体体积由变到时，外界作的功为（2）循环：系统从初态出发，经历一系列过程，又回到初态，为一个循环。（此时为常数）（1）热机：通过工作物质所进行的过程，不断把其所吸收的热量转对于理想气体，在绝热过程有由热力学第一定律可知上式表明：在等温膨胀过程中，理想气体从外界吸收热量，这热量全部转化为气体对外所作的功；在等温压缩过程中，外界对气体作功，这功通过气体转化为热量而放出。根据焦耳定律，等温过程的理想气体内能不变，即所以理想气体在过程中从热源吸收的热量为二、绝热过程对于理想气体，在绝热过程有由热力学第一定律可知上式表明有当理想气体的体积在该过程中由变到时，外界作的功为对于理想气体所以

这表明：在绝热压缩过程中，外界对气体作功，这功全部转化为气体的内能而使气体的温度升高。在绝热膨胀过程中，外界对气体作负功，实际上是气体对外界做功，这功是由气体在过程中减少的内能转化而来的,气体内能减少，其温度下降。有当理想气体的体积在该过程中由变到时，外界作的三、理想气体的卡诺循环pVT1ⅠⅡ1、等温膨胀过程Ⅲ2、绝热膨胀过程T2Ⅳ3、等温压缩过程4、绝热压缩过程四个过程中，气体从外界吸收的热量分别为整个循环过程中，气体从外界吸收的热量顺时针为正，逆时针为逆三、理想气体的卡诺循环pVT1ⅠⅡ1、等温膨胀过程Ⅲ2、整个循环过程完成后，气体回到原来的状态，内能作为状态函数其变化为零，即由热力学第一定律得，气体对外所作的净功pVT1ⅠⅡⅢT2Ⅳ（理想气体的卡诺循环）整个循环过程完成后，气体回到原来的状态，内能作为状卡诺循环的逆过程为制冷机至此，由上式可知，以理想气体为工作物质、循环为卡诺循环的热机，其热功转化效率的大小只取决于两个热源的温度。四、热机效率效率恒小于1，原因是气体只把它从高温热源吸收的热的一部分转化为机械功，其余热量在低温热源放出了。思考:(1)不是以理想气体为工作物质但循环为卡诺循环的热机?(2)以理想气体为工作物质，但循环不是卡诺循环的热机其效率为何，仍取决于两个热源的温度吗？卡诺循环的逆过程为制冷机至此，由上式可知，以理想气体为§1.10热力学第二定律违反第一定律的热现象肯定不能发生，但不违背第一定律的热现象就一定能发生吗？热一定律指出各种形式的能量在相互转化的过程中满足能量守恒定律，但对过程进行的方向却没有给出任何限制。在实际发生的过程中如果涉及热量或内能与其它形式能量的转化，则所有过程都是具有方向性。克劳修斯和开尔文分别在1850年和1851年审查了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理需要有一个新的原理，从而发现了热力学第二定律。思考：热量能自发的从低温物体传递给高温物体吗？（不违反第一定律）热力学第二定律解决的就是与热现象有关的实际过程的方向问题。§1.10热力学第二定律违反第一定律的热现克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。说明：（1）在引起其它变化的情形下，从单一热源吸收热量并全部转化为机械功是可以实现的一、热力学第二定律的两种典型表述（2）同样在引起其他变化的情形下，可以把热量从低温热源传到高温热源（如理想气体的逆卡诺循环）。1、“不引起其它变化”：

（如理想气体等温膨胀，就是从热源吸收热量全部对外作功，这时的“其他变化”是：气体体积膨胀了。）；克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引2、“不可能”：热力学第二定律的开氏说法也可表述为第二类永动机是不可能造成的。3、“单一热源”：均匀热源。二、第二类永动机能够从单一热源（如大气或海洋）吸热，使之完全变成有用功而不产生其他影响的机器，成为第二类永动机。不论用任何曲折复杂的方法，在全部过程终了时，其最终的唯一效果是从单一热源吸热而将之完全变成有用功或将热量从低温物体传到高温物体在不引起其他变化的情况下是不可能的。2、“不可能”：热力学第二定律的开氏说法也可表述为第三、克氏表述和开氏表述的等价性1、若克氏表述不成立，则开氏表述也不成立。考虑一个卡诺循环，工作物质从高温吸收热量，在低温热源放出热量，对外作功。如果克氏不成立，可以将热量从热源

送到热源而不引起其它变化，则全程的最终效果为从热源吸热，将之完全变成有用功，这样开氏表述也就不能成立。克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。三、克氏表述和开氏表述的等价性1、若克氏表述不成立，则开氏表2、若开氏表述不成立，则克氏表述也不成立。如果开氏表述不成立，一个热机能够从热源

吸收热量使之全部转化为有用功，就可以利用这个功来带动一个逆卡诺循环，整个过程的最终效果是将热量从低温热源传导高温热源而未引起其它变化。这样克氏表述也就不成立了。克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。2、若开氏表述不成立，则克氏表述也不成立。如果开氏表精品课件！精品课件！精品课件！精品课件！三、可逆过程、不可逆过程不可逆过程：如果一个过程发生后，不论用任何复杂曲折的方法都不可能把它留下的后果完全消除而使一切恢复原状。可逆过程：如果一个过程发生后，它所产生的影响可以完全消除而令一切恢复原状。如热传递、功变热。(无摩擦的准静态过程)自然界的不可逆过程是相互关联的。由一个过程的不可逆性可推断出另一个过程的不可逆性。克氏表述和开氏表述等效的证明就是不可逆过程相互推断的一个例子，这也决定了热力学第二定律可以有各种不同的说法。但不论具体的说法如何，热力学第二定律的实质在于指出一切与热现象有关的实际过程都有其自发进行的方向，是不可逆的。三、可逆过程、不可逆过程不可逆过程：如果一个过程发生后，不论§1.8理想气体的绝热过程一、理想气体(准静态)绝热过程的过程方程又有热力学第一定律理想气体物态方程准静态过程绝热过程理想气体的定容热容量两边微分得得整理得---绝热过程中系统热力学量满足的函数关系式在绝热过程中,还成立吗?§1.8理想气体的绝热过程一、理想气体(准静态)绝热过程理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，压强与体积的次方的乘积是恒定不变的。

在理想气体图上绝热线比等温线为什么更陡？若理想气体的温度在过程中变化不大，可把看作常数，则有（理想气体绝热过程的过程方程）

绝热线等温线理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，压强与体积二、理想气体的多方过程多方过程的过程方程为多方系数,不是摩尔数多方过程的热容量对于理想气体由和可得（以1摩尔理想气体为例）（理想气体绝热过程的过程方程）

（1）“常数”并不相同。（2）可通过测定在该气体中的声速来确定。二、理想气体的多方过程多方过程的过程方程为多方系数,不是摩尔对两边微分，得所以等温过程绝热过程等压过程等容过程对两边微分，得所以等温过程绝热过程等（1）热机：通过工作物质所进行的过程，不断把其所吸收的热量转化为机械功的装置。§1.9理想气体的卡诺循环一、等温过程对于理想气体，在等温过程有（3）卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成。以理想气体为例，研究这两个过程。气体体积由变到时，外界作的功为（2）循环：系统从初态出发，经历一系列过程，又回到初态，为一个循环。（此时为常数）（1）热机：通过工作物质所进行的过程，不断把其所吸收的热量转对于理想气体，在绝热过程有由热力学第一定律可知上式表明：在等温膨胀过程中，理想气体从外界吸收热量，这热量全部转化为气体对外所作的功；在等温压缩过程中，外界对气体作功，这功通过气体转化为热量而放出。根据焦耳定律，等温过程的理想气体内能不变，即所以理想气体在过程中从热源吸收的热量为二、绝热过程对于理想气体，在绝热过程有由热力学第一定律可知上式表明有当理想气体的体积在该过程中由变到时，外界作的功为对于理想气体所以

这表明：在绝热压缩过程中，外界对气体作功，这功全部转化为气体的内能而使气体的温度升高。在绝热膨胀过程中，外界对气体作负功，实际上是气体对外界做功，这功是由气体在过程中减少的内能转化而来的,气体内能减少，其温度下降。有当理想气体的体积在该过程中由变到时，外界作的三、理想气体的卡诺循环pVT1ⅠⅡ1、等温膨胀过程Ⅲ2、绝热膨胀过程T2Ⅳ3、等温压缩过程4、绝热压缩过程四个过程中，气体从外界吸收的热量分别为整个循环过程中，气体从外界吸收的热量顺时针为正，逆时针为逆三、理想气体的卡诺循环pVT1ⅠⅡ1、等温膨胀过程Ⅲ2、整个循环过程完成后，气体回到原来的状态，内能作为状态函数其变化为零，即由热力学第一定律得，气体对外所作的净功pVT1ⅠⅡⅢT2Ⅳ（理想气体的卡诺循环）整个循环过程完成后，气体回到原来的状态，内能作为状卡诺循环的逆过程为制冷机至此，由上式可知，以理想气体为工作物质、循环为卡诺循环的热机，其热功转化效率的大小只取决于两个热源的温度。四、热机效率效率恒小于1，原因是气体只把它从高温热源吸收的热的一部分转化为机械功，其余热量在低温热源放出了。思考:(1)不是以理想气体为工作物质但循环为卡诺循环的热机?(2)以理想气体为工作物质，但循环不是卡诺循环的热机其效率为何，仍取决于两个热源的温度吗？卡诺循环的逆过程为制冷机至此，由上式可知，以理想气体为§1.10热力学第二定律违反第一定律的热现象肯定不能发生，但不违背第一定律的热现象就一定能发生吗？热一定律指出各种形式的能量在相互转化的过程中满足能量守恒定律，但对过程进行的方向却没有给出任何限制。在实际发生的过程中如果涉及热量或内能与其它形式能量的转化，则所有过程都是具有方向性。克劳修斯和开尔文分别在1850年和1851年审查了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理需要有一个新的原理，从而发现了热力学第二定律。思考：热量能自发的从低温物体传递给高温物体吗？（不违反第一定律）热力学第二定律解决的就是与热现象有关的实际过程的方向问题。§1.10热力学第二定律违反第一定律的热现克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。说明：（1）在引起其它变化的情形下，从单一热源吸收热量并全部转化为机械功是可以实现的一、热力学第二定律的两种典型表述（2）同样在引起其他变化的情形下，可以把热量从低温热源传到高温热源（如理想气体的逆卡诺循环）。1、“不引起其它变化”：

（如理想气体等温膨胀，就是从热源吸收热量全部对外作功，这时的“其他变化”是：气体体积膨胀了。）；克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引2、“不可能”：热力学第二定律的开氏说法也可表述为第二类永动机是不可能造成的。3、“单一热源”：均匀热源。二、第二类永动机能够从单一热源（如大气或海洋）吸热，使之完全变成有用功而不产生其他影响的机器，成为第二类永动机。不论用任何曲折复杂的方法，在全部过程终了时，其最终的唯一效果是从单一热源吸热而将之完全变成有用功或将热量从低温物体传到高温物体在不引起其他变化的情况下是不可能的。2、“不可能”：热力学第二定律的开氏说法也可表述为第三、克氏表述和开氏表述的等价性1、若克氏表述不成立，则开氏表述也不成立。考虑一个卡诺循环，工作物质从高温吸收热量，在低温热源放出热量，对外作功。如果克氏不成立，可以将热量从热源

送到热源而不引起其它变化，则全程的最终效果为从热源吸热，将之完全变成有用功，这样开氏表述也就不能成立。克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述