大学物理第五版ch7.7-7.11

第7章热力学基础本章内容：7.5理想气体的内能和CV，CP7.6第一定律对理想气体典型准静态过程中应用7.7绝热过程7.4准静态过程中的功和热量的计算7.11卡诺循环卡诺定理7.1热力学的研究对象和研究方法7.2平衡态理想气体状态方程7.3功热量内能热力学第一定律7.8循环过程7.9热力学第二定律7.10可逆与不可逆过程7.8循环过程7.8.1循环过程1.循环过程:系统的状态经历一系列的变化后又回到了原来状态。热力学特性净热量特征总吸热总放热AB(1)Q与A指净热量和净功.(2)净功A在P-V

图上为封闭曲线面积值.(4)循环过程最少由三个单一过程组成.说明：(3)通过循环过程使热功转换持续成为可能.（1）正循环(P-V图顺时针)(2)

逆循环(P-V图逆时针)（系统对外作功）（外界对系统作功）正循环也称为热机循环逆循环也称为致冷循环2Q1Q2abVpO1··12Q1Q2abVpO··

7.8循环过程2.

循环过程分类7.8.2循环效率

（热机效率和致冷系数）（正循环）热机效率：（逆循环）致冷系数：热机高温热源低温热源低温热源致冷机高温热源

7.8循环过程热机循环示意图

7.8循环过程

7.8循环过程小结：一、热机效率（正循环）（计算题重点）二、致冷系数（逆循环）解一用1423例11mol氦气经过如图所示的循环过程，其中

,求热机的效率.

由理想气体物态方程得

7.8循环过程1423

7.8循环过程解二用1423

7.8循环过程解例2

1mol单原子分子理想气体循环过程如图所示，

ab

是等温过程。

此循环效率求ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）

ab是等温膨胀过程bc是等压压缩过程Cp=5R/2Tc=300Kca是等体升压过程Tb=600K循环过程中系统吸热：循环过程中系统放热：此循环效率：或用ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）1.

开尔文说法（热与功的转换）：

不可能制成一种循环工作热机，它只从一个热源吸取热量,使之全部转变为有用功，对外不产生其它影响。热力学第二定律的提出1.

功热转换的条件第一定律无法说明.

2.

热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明.

一、热力学第二定律的两种表述

7.9热力学第二定律第二类永动机：单热源循环的热机若热机效率能达到100%,则仅地球上的海水冷却1℃,所获得的功就相当于1014t

煤燃烧后放出的热量。地球热机Q1A

说明(1)

吸收的热量可以转化为功（热机）。(2)

单一过程吸收的热量可以全部转化为功（等温膨胀）,循环过程不行。

(3)热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形式:第二类永动机不可能制成。

7.9热力学第二定律(4)热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了：2.

克劳修斯说法（热传递方向）：不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。

说明(1)热量可以从低温物体传向高温物体(致冷机)，外界要发生变化。各种热机的效率液体燃料火箭蒸汽机柴油机汽油机

7.9热力学第二定律

热力学第二定律的两种表述等价证明（略）

1.

开尔文说法（热与功的转换）不可能制成一种循环工作热机，它只从一个热源吸取热量,使之全部转变为有用功，对外不产生其它影响。

热力学第二定律（过程进行方向）2.

克劳修斯说法（热传递方向）：热量不能自动地从低温物体传向高温物体。小结：(3)

热力学第二定律的克劳修斯表述实际上表明了：

7.9热力学第二定律反证法用热力学第二定律证明：在p-V

图上任意两条绝热线不可能相交。例证abc绝热线等温线设两绝热线相交于c

点，在两绝热线上寻找温度相同的两点a、b。在ab间作一条等温线，

abca构成一循环过程。在此循环过程中VpO这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。

7.9热力学第二定律7.10可逆与不可逆过程一、概念准静态无摩擦过程为可逆过程

若系统经历了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，这个过程就称为可逆过程。1.

可逆过程：

如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，或回到原状态要产生其他影响，该过程就是不可逆过程。

2.

不可逆过程：非准静态过程为不可逆过程二、热力学第二定律的本质

热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.无序有序自发非自发传热自发传热高温物体低温物体

热传导非均匀、非平衡均匀、平衡自发

7.10可逆与不可逆过程7.11卡诺循环卡诺定理7.11.1卡诺循环构成：由两个等温过程和两个绝热过程组成。

热机效率

pVabC

d绝热线

等温线

放热

吸热

对bc﹑da应用绝热过程方程，则有结论:1.卡诺循环需要高温和低温两个热源.2.只与高低温热源的温度有关，与过程无关.3.提高的途径为提高或降低.由知

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