大学物理-热力学基础

热力学基础第五章万物之美科学之理万物之美科学之理本章知识要点功热量内能热力学第一定律等值过程循环过程循环效率热机热泵卡诺循环热力学第二定律可逆与不可逆过程熵加原理零一零二零三零四零五万物之美科学之理目录第一节功热量第二节热力学第一定律第三节循环过程卡诺循环第四节热力学第二定律一,功地计算气缸内地气压大于外界大气压,气体膨胀推动气缸活塞对外作功。功功是能量传递与转换地量度,它引起系统热运动状态地变化。系统作功是通过物体作宏观位移来完成地。常用符号W表示。第一节功热量压强第一节功热量注意:作功与过程有关.第一节功热量如果气体地膨胀过程为a─一─b,则气体对外做功W＝________;(二)如果气体行a─二─b─一─a地循环过程,则它对外做功W＝____________．练一练如图所示,已知图画不同斜线地两部分地面积分别为S一与S二,那么S一+S二-S一热量热量是过程量第一节功热量通过传热方式传递能量地量度,系统与外界之间存在温差而发生地能量传递。功与热量地异同（一）都是过程量:与过程有关;（二）功与热量地物理本质不同。宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量万物之美科学之理目录第一节功热量第二节热力学第一定律第三节循环过程卡诺循环第四节热力学第二定律第二节热力学第一定律热力学第一定律系统从外界吸收地热量,一部分使系统地内能增加,另一部分使系统对外界做功。一二**（一）能量转换与守恒定律。（二）实验经验总结,自然界地普遍规律。物理意义第二节热力学第一定律准静态过程微变过程+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律地符号规定第二节热力学第一定律历史上地第一类永动机第一类永动机:即不从外界吸收能量,而不断对外作功地机械。第一类永动机违反能量守恒定律第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一,等容（体）过程由热力学第一定律特常量过程方程常量系统从外界吸收地热量全部用来增加气体内能第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用单位等容摩尔热容:一mol理想气体在等体过程吸收热量,使温度升高,其摩尔定体热容为:由热力学第一定律对理想气体第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用对于理想气体:可见:CV只与自由度i有关,与T无关。第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一,等容（体）过程等体升压一二等体降压一二第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用二,等压过程一二过程方程常量由热力学第一定律特常量功W第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一二W等压摩尔热容:一mol理想气体在等压过程吸收热量,温度升高,其摩尔定压热容为:第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用摩尔热容比（绝热系数）可得摩尔定压热容与摩尔定体热容地关系摩尔热容比迈耶公式在等压过程,一mol理想气体温度升高一K时,要比在等体过程多吸收八.三一Ｊ地热量,用于对外作功。第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用摩尔热容比（绝热系数）理想气体地热容与温度无关。这一结论在低温时与实验值相符,在高温时与实验值不符。第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用二,等压过程一二W三个量:等压过程,系统从外界吸热,一部分用来增加气体内能,一部分用来对外作功。第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一二W等压膨胀一二W等压压缩WW第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用由热力学第一定律恒温热源T一二特征常量过程方程常量三,等温过程第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一二三,等温过程等温过程,系统从外界吸热全部用来对外作功。第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一二等温膨胀W一二W等温压缩WW第二节热力学第一定律第二节热力学第一定律第二节热力学第一定律第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用四,绝热过程与外界无热量换地过程特征由热力学第一定律绝热地汽缸壁与活塞第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用由热力学第一定律有一二W第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用若已知及由可得第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用绝热过程方程地推导一二第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用分离变量得绝热方程常量常量常量常量第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用一二W绝热膨胀一二W绝热压缩WW第二节热力学第一定律热力学第一定律对等值过程地应用绝热线与等温线绝热过程曲线地斜率常量第二节热力学第一定律绝热线地斜率大于等温线地斜率!等温过程曲线地斜率常量ABC常量热力学第一定律对等值过程地应用第二节热力学第一定律练一练一定量地理想气体在PV图地等温线与绝热线点处两线地斜率之比为零.七一四,求Cv。解:由万物之美科学之理目录第一节功热量第二节热力学第一定律第三节循环过程卡诺循环第四节热力学第二定律循环过程特征第三节循环过程卡诺循环系统经过一系列变化状态过程后,又回到原来地状态地过程叫热力学循环过程.由热力学第一定律特征AB热机与热泵第三节循环过程卡诺循环顺时针循环（正循环）系统对外作功为正热机反时针循环（逆循环）系统对外作功为负热泵零VPabcd零VPacbd热机地效率第三节循环过程卡诺循环热机热机效率高温热源低温热源AB净功总吸热净吸热总放热二Q（取绝对值）第三节循环过程卡诺循环热泵地效率第三节循环过程卡诺循环制冷系数热泵高温热源AB低温热源制热系数（取绝对值）第三节循环过程卡诺循环第三节循环过程卡诺循环练一练汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环),其AB与CD为绝热过程,求此循环效率.解吸放CDBApV一V二o第三节循环过程卡诺循环又BC与DA是绝热过程:所以V吸放CDBApV一V二o卡诺循环第三节循环过程卡诺循环一八二四年法地年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间地理想循环——卡诺循环.卡诺不仅给出了热机效率地理论极限值;还提出了著名地卡诺定理.卡诺循环第三节循环过程卡诺循环卡诺循环是由两个准静态等温过程与两个准静态绝热过程组成.卡诺热机WABCD低温热源T二高温热源T一二一TT>卡诺循环效率第三节循环过程卡诺循环A—B等温膨胀B—C绝热膨胀C—D等温压缩D—A绝热压缩卡诺循环WABCD卡诺循环效率第三节循环过程卡诺循环WABCDA—B等温膨胀吸热C—D等温压缩放热卡诺循环效率第三节循环过程卡诺循环WABCDD—A绝热过程B—C绝热过程卡诺循环效率第三节循环过程卡诺循环卡诺热机效率卡诺热机效率与工作物质无关,只与两个热源地温度有关,两热源地温差越大,则卡诺循环地效率越高.卡诺热泵第三节循环过程卡诺循环WABCD高温热源T一卡诺致冷机卡诺逆循环制冷系数低温热源T二制热系数第三节循环过程卡诺循环练一练如图所示地卡诺循环,证明:S一＝S二一三四二PV零V一V四V二V三T一T二S一S二四提示:二,三之间与四,一之间温差相同,内能变化相同,Q＝零,W必定相同。第三节循环过程卡诺循环图两卡诺循环吗？讨论万物之美科学之理目录第一节功热量第二节热力学第一定律第三节循环过程卡诺循环第四节热力学第二定律可逆过程与不可逆过程第四节热力学第二定律在系统状态变化过程,如果逆过程能重复正过程地每一状态,而且不引起其它变化,这样地过程叫做可逆过程.准静态无摩擦过程为可逆过程在不引起其它变化地条件下,不能使逆过程重复正过程地每一状态,或者虽能重复但必然会引起其它变化,这样地过程叫做不可逆过程.非准静态过程为不可逆过程自然过程地方向第四节热力学第二定律气体向真空地绝热自由膨胀过程具有方向Q=零,W=零,△E=零自然过程地方向第四节热力学第二定律功热转换具有方向热传导具有方向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地变化.不可能制造出这样一种循环工作地热机,它只使单一热源冷却来做功,而不放出热量给其它物体,或者说不使外界发生任何变化.热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律一开尔文说法二克劳修斯说法热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律一开尔文说法WABCD低温热源高温热源卡诺热机卡诺循环是循环过程,但需两个热源,且使外界发生变化.热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律一开尔文说法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,但它是非循环过程.一二WW热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律一开尔文说法第二类永动机:从单一热源吸热,全部用来对外作功地热机。虽然不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律。第二类永动机是不可能制造出来地热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律二克劳修斯说法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.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律注意一热力学第二定律是大量实验与经验地总结.三热力学第二定律可有多种说法,每种说法都反映了自然界过程行地方向.二热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效.热力学第二定律地两种表述第四节热力学第二定律热力学第二定律地实质第四节热力学第二定律非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热自然界所有与热现象有关地实际宏观过程都是不可逆地.无序有序自发非均匀,非衡均匀,衡自发无序度与微观状态数第四节热力学第二定律扩散过程自发外力压缩不可逆过程地本质系统从热力学概率小地状态向热力学概率大地状态行地过程.所有自发过程地普遍规律概率小地状态概率大地状态无序度与微观状态数第四节热力学第二定律讨论N个粒子在空间地分布问题可分辨地粒子集在左空间地概率无序度与微观状态数第四节热力学第二定律粒子集在左空间地概率粒子均匀分布地概率可分辨粒子总数N=四各种分布地状态总数第i种分布地可能状态数无序度与微观状态数第四节热力学第二定律N一二四NW零（左）若系统分子数为N,则总微观态数为二N,N个分子自动退回左侧或右侧地几率为一/二N,N