大学物理下热学05

奥托热机装置简介工质进气阀活塞排气阀点火装置V1VPV2ae奥托循环过程吸气V1VPbaV2e绝热压缩奥托循环过程压缩VPabec绝热压缩吸热Q1爆炸V1V2奥托循环过程VPcabe绝热压缩d绝热膨胀吸热Q1作功V1V2奥托循环过程VPcadbe绝热压缩绝热膨胀吸热Q1放热Q2放热V1V2奥托循环过程VPcaeb绝热压缩d绝热膨胀吸热Q1放热Q2V1V2奥托循环过程排气V1V2Vcadb绝热压缩绝热膨胀吸热Q1放热Q2Pb→c等体吸热:d→a等体放热:热机循环效率：V1V2Vcadb绝热压缩绝热膨胀吸热Q1放热Q2Pa→b绝热压缩过程：c→d绝热膨胀过程：1423例11mol

氦气经过如图所示的循环过程，其中P2=2P1,V4=2V1.求1—2、2—3、3—4、4—1各过程中气体吸收的热量和热机的效率.解由理想气体过程方程得1423例2、有2.5mol的双原子理想气体，做如图的循环（ac为等温过程）。求：各过程中的热量、内能改变和所做的功以及循环的效率。已知：解：双原子气体oVP等温膨胀等温压缩T1=300KV2V1abcT2=200Kd例3.一摩尔氧气作如图所示循环,此循环由两个等体过程和两个等温过程组成,已知V2=2V1,求循环效率。oVP等温膨胀等温压缩T1=300KV2V1abcT2=200Kdd→a等体过程,工质吸热a→b等温过程,工质吸热（做功）c→d等温过程,工质做功讨论：直线过程中温度转换点与吸放热转换点（1）无温度转换点与吸

转换点的直线过程PV•甲PV•乙（2）无温度转换点而有吸放热转换点的过程（3）、有温度转换点N与吸放热转换点M直线过程<<温度转换点TN>>如图所示直线过程AB，已知：TA=TB对于准静态直线过程AB，每一状态满足：直线过程的过程方程：消去P得：由dT/dV=0得：PV•V12V12P1P1•NM<<吸放热转换点M>>设：该理想气体的分子是多原子分子，即CV=3R由dQ/dV=0

得：可见：温度转换点不是吸放热转换点。由于该过程系统对外作功，而内能无变化，所以整个过程总的来说是吸热的。从图中可计算：例3.1mol多原子分子的理想气体，经如图所示的循环，求：该循环的效率。ABCp12p1V12V1V1VP解：ABCp12p1V12V1V1VPMVMABCp12p1V12V1V1VPMVM

1、开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化.一、热力学第二定律的两种表述§8.12热力学第二定律热力学第一定律说明在一切热力学过程中，能量一定守恒。但事实证明，满足能量守恒的过程不一定都能实现。热力学第二定律就是关于自然过程的方向规律，它决定了实际过程是否能够发生以及沿什么方向进行。等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.12W

A低温热源高温热源卡诺热机AABCD卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.

永动机的设想图虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.2、

克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD二、热力学第二定律两种表述的等价性证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中是违反开尔文表述的.高温热源低温热源高温热源低温热源A=Q1-|Q2|Q1Q2|Q2|证明（反证法）：设开尔文表述不对，证明克劳修斯表述也不对。总之，热力学第二定律的两种表述是等效。高温热源低温热源高温热源低温热源A=Q1Q1Q2Q2+A=Q2+Q1

Q2注意

1

热力学第二定律是大量实验和经验的总结.

3热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性.

2

热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.§8.13可逆过程与不可逆过程自然界的一切实际热力学过程都是按一定方向进行的,反方向的逆过程不可能自动地进行。例如：功热转换如图:重物自动下落,使叶片在水中转动,和水相互摩擦可使水温升高。这是机械能转变成内能的过程,即功变热的过程。反之,即水温自动降低,产生水流,推动叶片转动,带动重物上升的过程,是热自动转变为功的过程是不可能发生的。自然过程的方向结论：通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的。热传导:如吃冰棍拔舌头,吃火锅烫舌头现象,说明热量由高温物体传向低温物体的过程是不可逆的。结论:热量不能自动地由低温物体传向高温物体。气体的绝热自由膨胀过程：

膨胀前膨胀后自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都涉及热功转换或热传导，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。准静态无摩擦过程为可逆过程

可逆过程

:在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程.非准静态过程为不可逆过程.不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.

(热学)可逆过程的条件热力学第二定律的微观解释（实质）1.功热转换功变为热是机械能（或电能）转变为内能的过程。从微观上看，是大量分子的有序（这里指分子速度的方向）运动向无序运动转化的过程，这是可能的。而相反的过程，即无序运动自动地转变为有序运动，是不可能的。因此从微观上看，在功热转换现象中，自然过程总是沿着使大量分子的运动从有序状态向无序状态的方向进行。AV两个温度不同的物体经过热接触，最后达到温度相同。初态温度高的物体分子平均动能大，温度低的物体分子平均动能小。这意味着虽然两物体的分子运动都是无序的，但是还能按照分子的平均动能的大小区分两个物体。到了末态，两物体的温度变得相同所有分子的平均动能都一样了，按平均动能区分两物体也不可能了。这就是大量分子运动的无序性（这里指分子的动能或分子速度的大小）由于热传导而增大了。相反的过程，即两个物体的分子运动从平均动能完全相同的无序状态自动地向两个物体分子平均动能不同的较为有序的状态进行的过程是不可能的。因此，从微观上看，在热传导过程中，自然过程总是沿着使大量分子的运动向更加无序状态的方向进行。2.热传导:TTT1T2图（1）图（2）图（3）

3.气体的绝热自由膨胀过程：在热传导过程中，自然过程总是沿着使大量分子的运动向更加无序状态的方向进行。热力学第二定律的微观统计意义在于：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。§8.14卡诺定理熵一、卡诺定理：（1）在同样的一对高温热源与低温热源之间工作的一切可逆机，其效率和工作物质无关，都等于卡诺机的效率。（2）在同样的一对高温热源与低温热源之间工作的一切不可逆机，其效率不可能高于可逆机的效率。证明：略二、熵

（用来描述始末两态的差异性及判断过程的进行方向状态函数）理想气体卡诺热机的效率公式：说明：在卡诺循环中，Q/T的总和为零。如图可逆循环：由几个等温与绝热过程构成，即3个卡诺循环！有：对于任意可逆循环，如图所示。可看作一系列微小卡诺循环的总和，所以有：该式称为克劳修斯等式熵的引入：如图A-1-B-2-A可逆过程例1、设有1mol理想气体由初态（T1，V1）经某一过程变化到末态（T2，V2），求其熵变。熵定义为：当系统沿可逆过程由状态A变到状态B时，如以

SA和SB分别表示始末状态时系统的熵，则熵的增量为热力学第一定律：热力学基本关系式三、熵增加原理由卡诺定理：推广：对任意不可逆过程都有对孤