最新大學(xué)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)課件

1、氣體氣體活塞活塞砂子砂子一一. .準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程第第 十三十三 章章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)13 1 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 功功 熱量熱量無(wú)限緩慢無(wú)限緩慢中間狀態(tài)中間狀態(tài) 一系列平衡態(tài)一系列平衡態(tài)pv 圖圖“點(diǎn)點(diǎn)” 平衡態(tài)平衡態(tài)“曲線曲線” 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程),(111tvp),(222tvp1v2v1p2ppvo121 .lfwd二二. . 功功 系統(tǒng)體積變化系統(tǒng)體積變化21ddvvvplps注b. 過(guò)程量過(guò)程量不同過(guò)程不同過(guò)程p = f(v)形式不同形式不同a. pv 圖圖 面積面積 功功c. 功功 系統(tǒng)與能量外界交換系統(tǒng)與能量外界交換的一種方式的一種方式膨脹膨脹 對(duì)外作功對(duì)外作功

2、 內(nèi)內(nèi)外外 內(nèi)能內(nèi)能機(jī)械能機(jī)械能壓縮壓縮 外對(duì)內(nèi)作功外對(duì)內(nèi)作功 外外內(nèi)內(nèi) 機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)能內(nèi)能2 .三三. . 熱量熱量 討論討論 下列常見(jiàn)過(guò)程中功的計(jì)算下列常見(jiàn)過(guò)程中功的計(jì)算a.等體等體 b.等壓等壓 c.等溫等溫 d.直線過(guò)程直線過(guò)程 功以外的功以外的能量交換方式能量交換方式一般一般21dttmtcq(中學(xué)中學(xué): )tcmtcmqttd21tqcmdd摩爾熱容摩爾熱容c : 比熱比熱如如cm 與與t關(guān)系不大關(guān)系不大tcqm注a. 過(guò)程量過(guò)程量b. 吸放熱與吸放熱與 t無(wú)必然關(guān)系無(wú)必然關(guān)系等體等體 cm = cv, m 等壓等壓 cm = cp, m 如如 等體或等壓等體或等壓 q 0 t

3、， q 0 (膨脹膨脹) ， q 0 (壓縮壓縮)3 .13 2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定律守恒定律外界對(duì)系統(tǒng)外界對(duì)系統(tǒng) weq一般一般系統(tǒng)對(duì)外作功系統(tǒng)對(duì)外作功 exww元過(guò)程元過(guò)程vpeweqddddd+e系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)對(duì)外界做功外界對(duì)系統(tǒng)做功外界對(duì)系統(tǒng)做功qw注a. 符號(hào)規(guī)定：符號(hào)規(guī)定：熱一定律另一種表述：熱一定律另一種表述： 第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。4 .exwqeb. 不同過(guò)程不同過(guò)程w , q不同不同,但其代數(shù)和但其代數(shù)和( e )不變不變da

4、bc*dabc* e adbca= 0 討論討論 以下過(guò)程熱一定律的具體形式以下過(guò)程熱一定律的具體形式(1)等體等體 (2) 等壓等壓 (3) 等溫等溫 (4) 絕熱絕熱如如 t 相同相同, (1)(2) (4) 過(guò)程過(guò)程 e是否相同是否相同? e adb= e acb5 .理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能 : 表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù) ，理想氣體的內(nèi)能僅，理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)是溫度的函數(shù) e=e(t).一一. . 等體過(guò)程等體過(guò)程 摩爾摩爾定體熱容定體熱容2211tptp13 3 理想氣體的等體過(guò)程和等壓過(guò)程理想氣體的等體過(guò)程和等壓過(guò)程摩爾熱容摩爾熱容)(11tvp,)(

5、22tvp,2p1pvpvo121. 等體過(guò)程等體過(guò)程( v = 0 wv = 0 )(1)過(guò)程方程過(guò)程方程(2)熱一定律熱一定律eqvddeqv或或1mol :tqcvvddm,tedd等體線等體線( pv 圖圖)2.摩爾摩爾定體定體熱容熱容m,vc理論值：理論值：實(shí)驗(yàn)值：查表實(shí)驗(yàn)值：查表 (精確精確)rirtitcv2)2(ddm,(近似近似)6 .)(dd12mm21ttctcqqvttvvv)(12mttcev元過(guò)程元過(guò)程tcevddm 適用于任何過(guò)程適用于任何過(guò)程( ? )二二. . 等壓過(guò)程等壓過(guò)程 摩爾摩爾定壓熱容定壓熱容2v)(11tvp,)(22tvp,p1vpvo12w22

6、11tvtv1. 等壓過(guò)程等壓過(guò)程( p = 0 )(1)過(guò)程方程過(guò)程方程(2)熱一定律熱一定律vpeqpddd)()(2d121221vvpttrivvpeqvvp等壓線等壓線( pv 圖圖)7 .2.摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容pmc1mol :tqcppmdd理論值：理論值：實(shí)驗(yàn)值：查表實(shí)驗(yàn)值：查表 (精確精確)rirctvpecvmpm22ddd(近似近似)(dd1221ttctcqqpmttpmpp)()(d121221ttrvvpvpwvvp注a.( 絕熱比絕熱比 )vmpmccb. ( 邁耶公式邁耶公式 ) rccvmpm8 .實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值: 與分子種類以及溫度有關(guān)與分子種類以及溫度

7、有關(guān)理論值理論值: 只適用于常溫以上單原子只適用于常溫以上單原子、雙原子分子雙原子分子氣體氣體(近似近似)單原子分子單原子分子剛性雙原子分子剛性雙原子分子c. cvm與與t 關(guān)系（現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)）關(guān)系（現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)）3525233rcrcipmvm5727255rcrcipmvm272523rrrcvm對(duì)對(duì)h2低溫低溫常溫常溫高溫高溫9 .熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng) 分子內(nèi)原子的三維振動(dòng)分子內(nèi)原子的三維振動(dòng)* *三三. . 固體熱容固體熱容)(pmvmcccktkt32123一個(gè)分子一個(gè)分子:固體固體: 1molrtnea3rtetqc3dddd 與溫度無(wú)關(guān)與溫度無(wú)關(guān)( 1819. 杜隆杜隆-珀蒂定律珀蒂定律 )實(shí)際

8、實(shí)際 c 與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)(低溫低溫) 現(xiàn)代量子理論解釋現(xiàn)代量子理論解釋10.以上說(shuō)明能量均分原理存在局限性以上說(shuō)明能量均分原理存在局限性四四. . 比熱容比熱容熱容熱容tqcdd 適用固適用固、液液、電介質(zhì)電介質(zhì)、磁介質(zhì)一類物質(zhì)磁介質(zhì)一類物質(zhì)比熱容比熱容( 比熱比熱 ) cc = mc 討論討論 理想氣體等體與等壓過(guò)程各量和變化理想氣體等體與等壓過(guò)程各量和變化及及 r 的含義的含義等體等體vqvqeptept等壓等壓pqpwpqpwetvevt11.例例1 如圖，如圖，1mol常溫氫氣常溫氫氣(可視為理想氣體可視為理想氣體)從從 狀態(tài)狀態(tài) a ( p0 、v0 、t0 )變化到狀態(tài)變化到

9、狀態(tài) b ( 9p0 ) , 此過(guò)程此過(guò)程 滿足滿足 , 求求(1) w12 , (2) q12 ( 用用r、t0表示表示 )200)(vvpp ba09p0vpvo0p分析分析: : a. 此過(guò)程雖然是一個(gè)一般熱力此過(guò)程雖然是一個(gè)一般熱力學(xué)過(guò)程學(xué)過(guò)程, 但仍滿足熱力學(xué)第一但仍滿足熱力學(xué)第一定律定律,理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程, w12和和 e12可用一般計(jì)算式求解可用一般計(jì)算式求解b. q12可借助熱力學(xué)第一定律計(jì)算可借助熱力學(xué)第一定律計(jì)算 ( 答案答案 )0120120123273,65,326rtqrtertw12.例例2 1mol常溫剛性雙原子分子氣體常溫剛性雙原子分子氣體 ,分

10、別經(jīng)歷分別經(jīng)歷abc和和ac兩過(guò)程兩過(guò)程,其中其中ab為等壓過(guò)程為等壓過(guò)程,bc為等體為等體過(guò)程過(guò)程 , ac為直線過(guò)程為直線過(guò)程,分別求兩過(guò)程的分別求兩過(guò)程的w、 e 和和 q分析分析: : b. 直線過(guò)程中功可用圖中梯形面積計(jì)算直線過(guò)程中功可用圖中梯形面積計(jì)算(pv,pv3/2)bap2pvopvv2ca. 兩過(guò)程初終態(tài)相同兩過(guò)程初終態(tài)相同,故故 e 相同相同均可用均可用 求得求得)(12mttcevpvvpvpttreaaccac5 . 7)(25)(25c. 如不提供實(shí)驗(yàn)值如不提供實(shí)驗(yàn)值cvm 、cpm ,均可用理論值均可用理論值(近似近似)13.134 理想氣體的等溫過(guò)程和絕熱過(guò)程理

11、想氣體的等溫過(guò)程和絕熱過(guò)程恒溫?zé)岷銣責(zé)嵩丛磘vpd12)(11tvp,)(22tvp,1p1v2vvovdp2p一一. . 等溫過(guò)程等溫過(guò)程( t = 0 e = 0 )1.過(guò)程方程過(guò)程方程2211vpvp等溫線等溫線( pv 圖圖)2.熱一定律熱一定律vpwqttddd12lnvvrtwqtt2211vpvp或21pp特點(diǎn)特點(diǎn): 通過(guò)氣體等溫變化實(shí)現(xiàn)熱功之間的完全轉(zhuǎn)換通過(guò)氣體等溫變化實(shí)現(xiàn)熱功之間的完全轉(zhuǎn)換14.)(111tvp,)(222tvp,121p2p1v2vpvovd絕熱的汽缸壁和活塞絕熱的汽缸壁和活塞二二. . 絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程( q = 0 )1.過(guò)程方程過(guò)程方程絕熱線絕熱線(

12、pv 圖圖)trpvvpddd1cpv21ctv31ctp另另: 同時(shí)滿足物態(tài)方程同時(shí)滿足物態(tài)方程!推導(dǎo)推導(dǎo)vpedd0tcvmd1cpv消去消去dtppvvdd代入代入mm/vpccrccvpmm其它兩式其它兩式物態(tài)方程物態(tài)方程15.)(12mttcewva)(111tvp,)(222tvp,121p2p1v2vpvow2.熱一定律熱一定律vptcvmdd0awe 03.絕熱功絕熱功12211vpvp 討論討論 理想氣體等溫與絕熱過(guò)程中各量及變化情況理想氣體等溫與絕熱過(guò)程中各量及變化情況等溫等溫0ep0tp絕熱絕熱t(yī)qtwetvevttqtw0e0tawpvawvp16.絕熱壓縮溫度升高絕熱

13、壓縮溫度升高絕熱膨脹溫度降低絕熱膨脹溫度降低三三. . 絕熱線和等溫線絕熱線和等溫線aaavpvp)dd(pv常量常量pv常量常量aatvpvp)dd(apbvavapvot0qvaptpbc常量常量討論討論 如如 v 相同為什么相同為什么 ？tapp17. 例例 設(shè)有設(shè)有5 mol 的氫氣的氫氣, 最初溫度最初溫度20c , 壓強(qiáng)壓強(qiáng)pa10013. 15的的 1/10 需作的功需作的功: (1) 等溫過(guò)程等溫過(guò)程; (2) 絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程 ; (3) 經(jīng)這兩過(guò)程后經(jīng)這兩過(guò)程后,氣體的壓強(qiáng)各為多少？氣體的壓強(qiáng)各為多少？,求下列過(guò)程中把氫氣壓縮為原體積求下列過(guò)程中把氫氣壓縮為原體積1t2t1

14、21p2p1v10122vvvpvo2p12tt 0qt 2c分析分析: : 絕熱功絕熱功1)(221112mvpvpttcwvaewa本題用本題用 計(jì)算較方便計(jì)算較方便關(guān)鍵用絕熱方程關(guān)鍵用絕熱方程先求出先求出 t212112)(vvtt18.* *四四. . 多方過(guò)程多方過(guò)程pvon = 1n = n = n = 0cpvn 實(shí)際過(guò)程實(shí)際過(guò)程( 滿足滿足 )等溫等溫 n = 1等壓等壓 n = 0等體等體 n = 絕熱絕熱 n = ( )mm/vpcc12211nvpvpw滿足滿足)(12ttcev)(12ttcqn可以證明可以證明vncnnc)1(19.0e一一. . 循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程13

15、 5 循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)pvoab0abw1. 特點(diǎn)特點(diǎn)w = qwpvoabavbvcd0abwpvoab凈功凈功(面積面積)凈熱凈熱( 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換 )2. 兩種循環(huán)兩種循環(huán)熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)循環(huán)( 順順、正正 )凈功凈功w 輸出輸出 熱熱 功功致冷循環(huán)致冷循環(huán)( 逆逆、負(fù)負(fù) )凈功凈功w 輸入輸入 功功熱熱20.系統(tǒng)作的凈功等于系統(tǒng)作的凈功等于pv圖圖上循環(huán)包圍的面積上循環(huán)包圍的面積二二. . 熱機(jī)與致冷機(jī)熱機(jī)與致冷機(jī)( (熱泵熱泵) )1. 熱機(jī)熱機(jī)凈功凈功 w = q1q2吸熱吸熱放熱放熱( 取正值取正值 )熱機(jī)熱機(jī) (循環(huán)循環(huán)) 效率效率1211qqqw代代價(jià)價(jià)效效果

16、果高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?燃料燃料 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?環(huán)境環(huán)境(b) 蒸汽機(jī)示意圖蒸汽機(jī)示意圖高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q熱熱機(jī)機(jī)2qw(a) 熱機(jī)示意圖熱機(jī)示意圖21.致冷系數(shù)致冷系數(shù)2122qqqwqe代代價(jià)價(jià)效效果果高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q致致冷冷機(jī)機(jī)w2q高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?環(huán)境環(huán)境 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?冷庫(kù)冷庫(kù) 2. 致冷機(jī)致冷機(jī)凈功凈功吸熱吸熱輸入輸入( 取正值取正值 )放熱放熱( 取正值取正值 )w = q1q2注b. 計(jì)算計(jì)算 或或 e 善于選擇兩種計(jì)算式善于選擇兩種計(jì)算式a. iqq元過(guò)程吸元過(guò)程吸(放放)熱之和熱之和22.-w = - q放熱放熱+q吸熱吸熱= -

17、 q1+q2abpvocdabpvocpvoabc等溫線等溫線絕熱線絕熱線pvoabc 討論討論 判斷分過(guò)程的吸放熱情況，判斷分過(guò)程的吸放熱情況，且如何計(jì)算且如何計(jì)算 較簡(jiǎn)便？較簡(jiǎn)便？23.例例1 汽油機(jī)可近似看成如圖循環(huán)過(guò)程汽油機(jī)可近似看成如圖循環(huán)過(guò)程( (otto循環(huán)循環(huán)),),其中其中ab和和cd為絕熱過(guò)程為絕熱過(guò)程, ,求此循環(huán)效率求此循環(huán)效率.cdbapv1v2ov分析分析: : a. 奧托循環(huán)奧托循環(huán) 四沖程汽油機(jī)四沖程汽油機(jī))(1bcvttcq式中式中t 可用絕熱方程式換算可用絕熱方程式換算v 之間關(guān)系之間關(guān)系b. 利用利用 計(jì)算簡(jiǎn)便計(jì)算簡(jiǎn)便121qq)()(2advdavttc

18、ttcq24.vop2tw1tabcd1p2p4p3p1v4v2v3v21tt 三三. . 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) (1824 carnot 理想循環(huán)理想循環(huán))1.卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī) ( 正循環(huán)正循環(huán) )4個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程( 等溫與絕熱等溫與絕熱 )t1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩磘2低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?q2qwabqcdq1211lnvvrtqqab4322lnvvrtqqcd132121vtvt142111vtvt4312vvvv121211ttqq25.vop2tw1tabcd21tt 212212tttqqqe2q1q2. 卡諾致冷機(jī)卡諾致冷機(jī) ( 逆循環(huán)逆循環(huán) )t1高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩磘2低溫?zé)嵩吹?/p>

19、溫?zé)嵩?q2qw 例例2 一電冰箱放在室溫為一電冰箱放在室溫為20c 的房間里的房間里,冰箱儲(chǔ)藏柜中的溫度冰箱儲(chǔ)藏柜中的溫度 維持在維持在5c . 現(xiàn)每天有現(xiàn)每天有2.0107j 的熱量自房間傳入冰箱內(nèi)的熱量自房間傳入冰箱內(nèi), 若維若維 持冰箱內(nèi)溫度不變持冰箱內(nèi)溫度不變, 外界每天需外界每天需 作多少功作多少功,其功率為多少其功率為多少? 設(shè)在設(shè)在 5c至至20c之間的冰箱的致冷系之間的冰箱的致冷系 數(shù)是卡諾數(shù)是卡諾致冷致冷系數(shù)的系數(shù)的 55% .26.21211t2t2w1w21ww povpov2t3t2w1w1t21ww 討論討論 圖中兩卡諾循環(huán)效率相等嗎圖中兩卡諾循環(huán)效率相等嗎 ？注指

20、導(dǎo)意義指導(dǎo)意義 t1t2 現(xiàn)代熱機(jī)方向現(xiàn)代熱機(jī)方向121tt27. 136 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 卡諾定理卡諾定理問(wèn)題問(wèn)題a. 提高提高 有無(wú)限制？有無(wú)限制？如如 q2= 0 (單一熱源熱機(jī)單一熱源熱機(jī)) = 1 (第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī))把吸熱全部轉(zhuǎn)化功輸出把吸熱全部轉(zhuǎn)化功輸出 ( 指循環(huán)過(guò)程指循環(huán)過(guò)程 )c. 混合氣體能否自動(dòng)分離？混合氣體能否自動(dòng)分離？b. 高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體q自發(fā)？自發(fā)？自發(fā)自發(fā)q歸納：歸納：自發(fā)過(guò)程的方向性問(wèn)題？自發(fā)過(guò)程的方向性問(wèn)題？不滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程絕不會(huì)發(fā)生不滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程絕不會(huì)發(fā)生反之反之 , 滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程不

21、一定能自動(dòng)發(fā)生滿足熱力學(xué)第一定律的過(guò)程不一定能自動(dòng)發(fā)生28. 一一. . 熱力學(xué)第二定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述 1. kelvin表述表述不可能不可能！循環(huán)熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)單一熱源單一熱源或或不使外界發(fā)生變化不使外界發(fā)生變化 ( q2= 0 )第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)( =1)啟示：?jiǎn)⑹荆簡(jiǎn)我贿^(guò)程吸熱可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功單一過(guò)程吸熱可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功( 等溫膨脹等溫膨脹 )(熱機(jī)熱機(jī))循環(huán)過(guò)程吸熱不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功輸出循環(huán)過(guò)程吸熱不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功輸出2. clausius表述表述不可能不可能！熱量自動(dòng)從低溫到高溫物體傳遞熱量自動(dòng)從低溫到高溫物體傳遞而而不引起外界變化不引起外界變化2

22、9. 等溫膨脹過(guò)程是從等溫膨脹過(guò)程是從單一熱源吸熱作功，單一熱源吸熱作功，而而不不放出熱量給其它物體放出熱量給其它物體，但它是非循環(huán)過(guò)程，但它是非循環(huán)過(guò)程.12),(11tvp),(22tvp1p2p1v2vpvowetq w低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?t高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?t卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)1q2qwvop2tw1tabcd21tt 卡諾循環(huán)是循環(huán)過(guò)程，但需兩個(gè)熱卡諾循環(huán)是循環(huán)過(guò)程，但需兩個(gè)熱源，且使外界發(fā)生變化源，且使外界發(fā)生變化. 雖然卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至雖然卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化 .高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?

23、t低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?t卡諾致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)1q2qwvop2tw1tabcd21tt 2q1q 高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體q不自發(fā)不自發(fā)(外界干預(yù)外界干預(yù))自發(fā)自發(fā)q啟示：?jiǎn)⑹荆鹤. 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 所有過(guò)程必要條件所有過(guò)程必要條件a. 兩種表述兩種表述 等價(jià)等價(jià)( 可互相驗(yàn)證可互相驗(yàn)證 )熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的方向性自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的方向性 二二. . 可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程1. 定義定義可逆過(guò)程可逆過(guò)程 反過(guò)程重復(fù)正過(guò)程每一狀態(tài)反過(guò)程重復(fù)正過(guò)程每一狀態(tài)且且不引起其它變化不引起其它變化任何一項(xiàng)任何一項(xiàng)不滿足不滿足不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程o

24、12正正vp反反30 .c。實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)關(guān)鍵關(guān)鍵重復(fù)每一狀態(tài)重復(fù)每一狀態(tài)不引起外界變化不引起外界變化 反過(guò)程需消除正過(guò)程一切影響反過(guò)程需消除正過(guò)程一切影響( 要求要求 w正正+w反反= 0 q正正+q反反= 0 )2. 條件條件 無(wú)限緩慢無(wú)限緩慢+ 無(wú)任何耗散無(wú)任何耗散 ( 如無(wú)摩擦如無(wú)摩擦 )( 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 )討論討論 下列過(guò)程的可逆性下列過(guò)程的可逆性氣體正常膨脹與壓縮氣體正常膨脹與壓縮、熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)、純力學(xué)過(guò)程純力學(xué)過(guò)程結(jié)論結(jié)論:自然界中一切與熱有關(guān)的過(guò)程自然界中一切與熱有關(guān)的過(guò)程 不可逆不可逆過(guò)程過(guò)程可逆過(guò)程可逆過(guò)程 理想過(guò)程理想過(guò)程 (有理論意義有理論意

25、義)注不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程 正反過(guò)程條件不等價(jià)正反過(guò)程條件不等價(jià)并不是反過(guò)程不能進(jìn)行并不是反過(guò)程不能進(jìn)行31 .三三. . 卡諾定理卡諾定理1. 任意工作物質(zhì)任意工作物質(zhì)可逆機(jī)可逆機(jī) 相等相等相同高低溫相同高低溫?zé)嵩礋釞C(jī)熱源熱機(jī)2. (可逆卡諾可逆卡諾)= 可逆機(jī)可逆機(jī) ep水低水低由卡諾定理由卡諾定理、對(duì)可逆卡諾循環(huán)對(duì)可逆卡諾循環(huán)121211ttqq22112211tqtqtqtq即即( q2要取負(fù)值要取負(fù)值 )02211tqtq得得( 熱溫比之和為零熱溫比之和為零 )推廣推廣 任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)33 .vpoabcdefghpvo推廣推廣 任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)0iiitqbacb

26、actqtqtq21dd0dpovabc1c2物理量物理量 ( 熱溫比熱溫比 )積分與路徑無(wú)關(guān)積分與路徑無(wú)關(guān)tqd 新的態(tài)函數(shù)新的態(tài)函數(shù)定義定義baabtqssdtqsdd元過(guò)程元過(guò)程可逆過(guò)程可逆過(guò)程34 .二二. . 熵變計(jì)算熵變計(jì)算1. 熵熵s 態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù)對(duì)于實(shí)際不可逆過(guò)程對(duì)于實(shí)際不可逆過(guò)程,可自行設(shè)計(jì)一可逆過(guò)程可自行設(shè)計(jì)一可逆過(guò)程用用 計(jì)算計(jì)算stqd2. 可加性可加性21sss 只與始末狀態(tài)有關(guān)只與始末狀態(tài)有關(guān),與過(guò)程無(wú)關(guān)與過(guò)程無(wú)關(guān)35 .例例1 計(jì)算不同溫度液體混合后的熵變計(jì)算不同溫度液體混合后的熵變 . 質(zhì)量為質(zhì)量為0.30 kg、溫度為溫度為90c 的水的水,與質(zhì)量為與質(zhì)量為

27、0.70 kg、 溫度溫度為為20c 的水混合后的水混合后,最后達(dá)到平衡狀態(tài)最后達(dá)到平衡狀態(tài). 試求水的試求水的熵變熵變. 設(shè)整個(gè)系統(tǒng)與外界間無(wú)能量傳遞設(shè)整個(gè)系統(tǒng)與外界間無(wú)能量傳遞 .分析分析: : a. 液體混合液體混合 設(shè)為可逆等壓過(guò)程設(shè)為可逆等壓過(guò)程看成孤立系統(tǒng)看成孤立系統(tǒng)不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程b.系統(tǒng)熵變系統(tǒng)熵變21sss熱水熱水冷水冷水ttpttpttcmttcm21dd21 熱平衡溫度熱平衡溫度t 1kj 2031kj 182021sss討論討論 ？不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)36 .（已知水的定壓比熱容（已知水的定壓比熱容cp4.18x103j/kg.k)例例2 求熱傳導(dǎo)中

28、的熵變求熱傳導(dǎo)中的熵變. 如圖示如圖示,有一個(gè)容器是由絕熱材料做成有一個(gè)容器是由絕熱材料做成.容器內(nèi)有容器內(nèi)有兩個(gè)彼此相接觸的物體兩個(gè)彼此相接觸的物體a和和b,它們的溫度分別為它們的溫度分別為 ta和和tb , 且且tatb .容器內(nèi)容器內(nèi)a、b間有熱量傳遞間有熱量傳遞. 試求它們的熵變?cè)嚽笏鼈兊撵刈?atbtbatt q絕熱壁絕熱壁熱傳導(dǎo)無(wú)限緩慢進(jìn)行熱傳導(dǎo)無(wú)限緩慢進(jìn)行可逆等溫過(guò)程可逆等溫過(guò)程元過(guò)程元過(guò)程basssbatqtqbatt 0s不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)0s0s判斷過(guò)程可逆性？判斷過(guò)程可逆性？啟示：?jiǎn)⑹荆?7 .在微小時(shí)間內(nèi)，在微小時(shí)間內(nèi)，ab間傳遞微小的熱量間傳遞微小的

29、熱量 q三三. . 熵增加原理熵增加原理0 s孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 0 不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程= 0 可逆過(guò)程可逆過(guò)程注a.自然過(guò)程自然過(guò)程(不可逆不可逆) 方向方向0ssb. 非非孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 0= 0 0三種可能三種可能四四. . 熵增加原理與熱力學(xué)第二定律熵增加原理與熱力學(xué)第二定律38 . 熱力學(xué)第二定律亦可表述為熱力學(xué)第二定律亦可表述為 ：一切一切自發(fā)過(guò)程總是向著熵增加的方向進(jìn)行自發(fā)過(guò)程總是向著熵增加的方向進(jìn)行 .孤立系統(tǒng)中的熵永不減少孤立系統(tǒng)中的熵永不減少.例例 證明理想氣體絕熱自由膨脹過(guò)程是不可逆的證明理想氣體絕熱自由膨脹過(guò)程是不可逆的 .),(22tvp),(11tvp分析分析:

30、: 不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程自由膨脹自由膨脹( 絕熱絕熱 d q = 0 )設(shè)計(jì)可逆過(guò)程設(shè)計(jì)可逆過(guò)程 可逆等溫過(guò)程可逆等溫過(guò)程( 保證初始態(tài)相同保證初始態(tài)相同 )由由vpqweddd0d21dddvvvvrmmtvptqs0ln12vvrmm1v2v12pov39 .一一. . 玻爾茲曼關(guān)系式玻爾茲曼關(guān)系式 熵與熱力學(xué)概率熵與熱力學(xué)概率 138 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)解釋熵的微觀本質(zhì)？熵的微觀本質(zhì)？孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)(無(wú)外界影響無(wú)外界影響)自發(fā)自發(fā)非平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)平衡態(tài)0ss小小s大大(最大最大)？問(wèn)題問(wèn)題 s 無(wú)序度無(wú)序度有無(wú)關(guān)系？有無(wú)關(guān)系？ 之間如何度量？之間如何度量？boltzman