熱運動基本規(guī)律

1、1物理學(xué)導(dǎo)論 升降椅會爆炸，是真的嗎？升降椅會爆炸，是真的嗎？2物理學(xué)導(dǎo)論 2012年年8月月11日晚發(fā)生的事情，當(dāng)時居住在廈門的劉小日晚發(fā)生的事情，當(dāng)時居住在廈門的劉小姐洗完澡，坐在氣壓升降椅上吹頭發(fā)，突然姐洗完澡，坐在氣壓升降椅上吹頭發(fā)，突然“砰砰”的一聲，的一聲，椅子炸開了。劉小姐摔倒在地，暈了過去。椅子炸開了。劉小姐摔倒在地，暈了過去。 醫(yī)生介紹說，劉小姐的臀部被炸傷，直腸被撕裂。后來醫(yī)生介紹說，劉小姐的臀部被炸傷，直腸被撕裂。后來雖然脫離了生命危險，但是部分碎片還可能殘留在體內(nèi)，需雖然脫離了生命危險，但是部分碎片還可能殘留在體內(nèi)，需要長期住院觀察。要長期住院觀察。 升降椅爆炸是升降椅

2、質(zhì)量不過關(guān)還是消費者使用不當(dāng)？升降椅爆炸是升降椅質(zhì)量不過關(guān)還是消費者使用不當(dāng)？3物理學(xué)導(dǎo)論 市面上的升降椅按使用的升降裝置分為市面上的升降椅按使用的升降裝置分為3類：類： 分別是液壓、機械式和氣壓升降椅。分別是液壓、機械式和氣壓升降椅。 氣壓升降椅因成本低廉、氣壓升降椅因成本低廉、 結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活等特點，結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活等特點， 銷售量較大。銷售量較大。4物理學(xué)導(dǎo)論 氣壓升降椅的升降功能采用氣動桿來實現(xiàn)，氣動桿的壓氣壓升降椅的升降功能采用氣動桿來實現(xiàn)，氣動桿的壓縮氣體要求用高純度縮氣體要求用高純度高壓氮氣或惰性氣體高壓氮氣或惰性氣體。此外，對氣動桿。此外，對氣動桿的耐久性有規(guī)定，在耐久性

3、試驗中，要求氣動桿工作的耐久性有規(guī)定，在耐久性試驗中，要求氣動桿工作30000次后活塞應(yīng)有良好的密封性，活塞桿仍能鎖定任意位置。次后活塞應(yīng)有良好的密封性，活塞桿仍能鎖定任意位置。 如果按照檢測標準，合格的升降椅在正常使用情況下爆如果按照檢測標準，合格的升降椅在正常使用情況下爆裂發(fā)生的幾率很小，如果裂發(fā)生的幾率很小，如果氣動桿所用的材質(zhì)較差，氣缸壁較氣動桿所用的材質(zhì)較差，氣缸壁較薄，氣缸口密封不嚴，充裝的壓縮氣體純度不夠薄，氣缸口密封不嚴，充裝的壓縮氣體純度不夠等，在頻繁等，在頻繁使用或過載使用的情況下極有可能發(fā)生爆裂。使用或過載使用的情況下極有可能發(fā)生爆裂。5物理學(xué)導(dǎo)論6物理學(xué)導(dǎo)論7物理學(xué)導(dǎo)論

4、升降椅爆炸威力有多大？升降椅爆炸威力有多大？ 正常情況下，當(dāng)椅子下面的氣壓桿承受一個人正常情況下，當(dāng)椅子下面的氣壓桿承受一個人的重量時，氣壓桿內(nèi)的空氣會被壓縮，這時里面的的重量時，氣壓桿內(nèi)的空氣會被壓縮，這時里面的氣壓會達到氣壓會達到24個大氣壓左右，一旦發(fā)生爆炸，這個大氣壓左右，一旦發(fā)生爆炸，這24個大氣壓力乘以外油管中活塞的底部面積，就是氣個大氣壓力乘以外油管中活塞的底部面積，就是氣壓桿向上瞬間爆發(fā)的威力。這個力量大約會達到壓桿向上瞬間爆發(fā)的威力。這個力量大約會達到70到到80千克。千克。 8物理學(xué)導(dǎo)論 將大氣壓縮至將大氣壓縮至 7個大氣壓左右時，氣壓瞬間放個大氣壓左右時，氣壓瞬間放出，頂

5、出了活塞中的頂桿，而頂桿前端不遠處放置出，頂出了活塞中的頂桿，而頂桿前端不遠處放置著一塊密度板，來模擬椅子表面。結(jié)果，大約三四著一塊密度板，來模擬椅子表面。結(jié)果，大約三四毫米厚的密度板被輕松擊穿。毫米厚的密度板被輕松擊穿。 實驗表明，實驗表明，24個氣壓產(chǎn)生的威力至少能擊穿個氣壓產(chǎn)生的威力至少能擊穿6塊塊大約三四毫米密度板，威力驚人。正是因為強大的大約三四毫米密度板，威力驚人。正是因為強大的壓力，才產(chǎn)生了如此巨大的破壞力。壓力，才產(chǎn)生了如此巨大的破壞力。9物理學(xué)導(dǎo)論10物理學(xué)導(dǎo)論 氣體分子運動論氣體分子運動論11物理學(xué)導(dǎo)論 氣體分子運動論氣體分子運動論 對單個粒子（原子、分子、離子等），采用力

6、學(xué)原理進行分析；對單個粒子（原子、分子、離子等），采用力學(xué)原理進行分析； 對大量粒子系統(tǒng)，采用統(tǒng)計學(xué)原理進行分析。對大量粒子系統(tǒng)，采用統(tǒng)計學(xué)原理進行分析。12 物理學(xué)導(dǎo)論物理學(xué)導(dǎo)論13物理學(xué)導(dǎo)論 問題一：問題一：什么是什么是“溫度溫度”？怎樣表述？怎樣表述“溫度溫度”？ 問題二：問題二： “加熱加熱”與與“做功做功”之間有何聯(lián)系？之間有何聯(lián)系？ 問題三：問題三：我們能制造我們能制造“冷冷”嗎？嗎？14物理學(xué)導(dǎo)論 問題四：問題四：我們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^加熱的方式讓氣缸或者單擺我們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^加熱的方式讓氣缸或者單擺 恢復(fù)運動？恢復(fù)運動？15熱運動的基本規(guī)律一、熱力學(xué)第零定律一、熱力學(xué)第零定律 如果

7、兩個如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)處于處于熱平衡熱平衡，則它們彼此也必定處于熱平衡。則它們彼此也必定處于熱平衡。 這個定律反映出：這個定律反映出： 處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的 熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀 特征，這一特征是由這些互為熱平特征，這一特征是由這些互為熱平 衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相 等的狀態(tài)函數(shù)，這個狀態(tài)函數(shù)被定等的狀態(tài)函數(shù)，這個狀態(tài)函數(shù)被定 義為溫度。義為溫度。16熱運動的基本規(guī)律 溫標與溫度溫標與溫度 溫標包括三個要素：測溫物質(zhì)及

8、其測溫屬性、定標點、分溫標包括三個要素：測溫物質(zhì)及其測溫屬性、定標點、分度法。度法。 攝氏溫標攝氏溫標 攝氏溫標的規(guī)定是：在攝氏溫標的規(guī)定是：在標準大氣壓標準大氣壓（1013.251013.25百百帕斯帕斯卡）下，水（冰）的熔點為卡）下，水（冰）的熔點為 0 0 度，水的沸點為度，水的沸點為 100 100 度，度，中間劃分為中間劃分為100100等份，每等份為等份，每等份為11。 17熱運動的基本規(guī)律* * 歷史歷史 17421742年，瑞典天文學(xué)家安德斯年，瑞典天文學(xué)家安德斯攝西阿斯（攝西阿斯（Anders Anders CelsiusCelsius，1701-17441701-1744）

9、將一大氣壓下的水的冰點規(guī)定為）將一大氣壓下的水的冰點規(guī)定為100100，沸點訂為，沸點訂為00，兩者間均分成，兩者間均分成100100個刻度，和現(xiàn)行個刻度，和現(xiàn)行 的攝氏溫標剛好相反。直到的攝氏溫標剛好相反。直到17431743年才被修成現(xiàn)行的攝氏溫年才被修成現(xiàn)行的攝氏溫標。標。 19541954年的第十屆國際度量衡大會特別將此溫標命名為年的第十屆國際度量衡大會特別將此溫標命名為“攝氏溫標攝氏溫標”，以表彰攝氏的貢獻。，以表彰攝氏的貢獻。18熱運動的基本規(guī)律 2. 2. 絕對溫標絕對溫標（熱力學(xué)溫標、開氏（熱力學(xué)溫標、開氏（Kelvin）溫標）溫標） 規(guī)定攝氏零度以下規(guī)定攝氏零度以下273.1

10、5273.15為零點，稱為絕對零點。其為零點，稱為絕對零點。其分度法與攝氏溫標相同（即絕對溫標上相差分度法與攝氏溫標相同（即絕對溫標上相差1K1K時，攝氏溫標時，攝氏溫標上也相差上也相差11）；所不同的只是絕對溫標上水的冰點定為）；所不同的只是絕對溫標上水的冰點定為273.15K273.15K，沸點定為，沸點定為373.15K373.15K。 絕對零度，也就是絕對零度，也就是 - 273.15- 273.15（攝氏度）。（攝氏度）。 理論上的最低溫度，沒有一個地方有這個溫度，人類也理論上的最低溫度，沒有一個地方有這個溫度，人類也不可能制造出來這個溫度，只能無限的接近。在這溫度下物不可能制造出來

11、這個溫度，只能無限的接近。在這溫度下物體沒有熱能。體沒有熱能。 19熱運動的基本規(guī)律 參考資料：參考資料： 19951995年，科羅拉多大學(xué)和美國國家標準研究所的兩位年，科羅拉多大學(xué)和美國國家標準研究所的兩位物理學(xué)家愛克物理學(xué)家愛克科內(nèi)爾和卡爾威曼利用激光束和科內(nèi)爾和卡爾威曼利用激光束和“磁陷阱磁陷阱”系統(tǒng)使原子的運動變慢，成功地使一些銣原子溫度達到了絕系統(tǒng)使原子的運動變慢，成功地使一些銣原子溫度達到了絕對零度之上的十億分之二十度（對零度之上的十億分之二十度（2 21010-8-8 K K）。）。 事實上，在這樣的非常溫度下，物質(zhì)呈現(xiàn)的既不是液體事實上，在這樣的非常溫度下，物質(zhì)呈現(xiàn)的既不是液體

12、狀態(tài)，也不是固體狀態(tài)，更不是氣體狀態(tài)，而是聚集成唯一狀態(tài)，也不是固體狀態(tài)，更不是氣體狀態(tài)，而是聚集成唯一的的“超原子超原子”，它表現(xiàn)為一個單一的實體。，它表現(xiàn)為一個單一的實體。 20熱運動的基本規(guī)律3. 3. 華氏溫標華氏溫標 在標準大氣壓下，冰的在標準大氣壓下，冰的熔點熔點為為3232，水的，水的沸點沸點為為212212，中間有，中間有180180等分，每等分為華氏等分，每等分為華氏1 1度。度。 華氏溫度與攝氏度的換算為：華氏溫度與攝氏度的換算為： = 9/5 + 32 = 5/9 ( 32 ) 21熱運動的基本規(guī)律 1714 1714年，德國物理學(xué)家華倫海特（年，德國物理學(xué)家華倫海特（D

13、aniel Gabriel Daniel Gabriel FahrenheitFahrenheit，1686-17361686-1736）基于虎克的研究，將）基于虎克的研究，將北愛爾蘭最北愛爾蘭最冷的某個冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度冷的某個冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度 ，00，而，而概略的將人體溫度定為概略的將人體溫度定為100100，兩者間等分成，兩者間等分成100100個刻度。個刻度。 后來，華倫海特改進了他創(chuàng)立的溫標，把冰、水、氯后來，華倫海特改進了他創(chuàng)立的溫標，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，以化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，以0 表示之，把表示之，把冰

14、的熔點定為冰的熔點定為32 ，把水的沸點定為，把水的沸點定為 212 ，在，在32 212的間隔內(nèi)均分的間隔內(nèi)均分180等分等分 。22熱運動的基本規(guī)律23熱運動的基本規(guī)律二、熱力學(xué)第一定律二、熱力學(xué)第一定律 1. 1. 羅伯特羅伯特邁爾的靈感邁爾的靈感 18401840到到18411841年初，邁爾在一艘開往印度尼西亞的荷蘭商船上當(dāng)了幾年初，邁爾在一艘開往印度尼西亞的荷蘭商船上當(dāng)了幾個月的隨船醫(yī)生。在醫(yī)治中邁爾發(fā)現(xiàn)船員處于熱帶時的靜脈血比在溫個月的隨船醫(yī)生。在醫(yī)治中邁爾發(fā)現(xiàn)船員處于熱帶時的靜脈血比在溫帶（歐洲）時見的靜脈血的顏色要紅些。他還聽到海員們說，下雨時帶（歐洲）時見的靜脈血的顏色要紅

15、些。他還聽到海員們說，下雨時海水比較熱。這些現(xiàn)象引起了邁爾的深思。他想到，食物中含有化學(xué)海水比較熱。這些現(xiàn)象引起了邁爾的深思。他想到，食物中含有化學(xué)能，它象機械能一樣可以轉(zhuǎn)化為熱；在熱帶高溫情況下，機體只需要能，它象機械能一樣可以轉(zhuǎn)化為熱；在熱帶高溫情況下，機體只需要吸收食物中較少的熱量，所以機體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜吸收食物中較少的熱量，所以機體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。另外，雨滴降落所獲得的活力，也會產(chǎn)生出脈血中留下了較多的氧。另外，雨滴降落所獲得的活力，也會產(chǎn)生出熱來。邁爾認為，熱來。邁爾認為， 除了人體體熱來自由食物轉(zhuǎn)化而來的化學(xué)能之外，除了人體體熱來

16、自由食物轉(zhuǎn)化而來的化學(xué)能之外，人體動力也來自同一能源。這樣看來，熱能、化學(xué)能、機械能都是等人體動力也來自同一能源。這樣看來，熱能、化學(xué)能、機械能都是等價的，而且是可以相互轉(zhuǎn)化的。價的，而且是可以相互轉(zhuǎn)化的。24熱運動的基本規(guī)律 邁爾把他對能量定律的最初發(fā)現(xiàn)寫成了一篇題為邁爾把他對能量定律的最初發(fā)現(xiàn)寫成了一篇題為論論力的量和質(zhì)的測定力的量和質(zhì)的測定的論文，投給德國當(dāng)時的權(quán)威性刊物的論文，投給德國當(dāng)時的權(quán)威性刊物物理學(xué)和化學(xué)年鑒物理學(xué)和化學(xué)年鑒。但是，該雜志的主編波根道夫認。但是，該雜志的主編波根道夫認為邁爾的文章引入了思辨的內(nèi)容和缺少精確的實驗根據(jù)而為邁爾的文章引入了思辨的內(nèi)容和缺少精確的實驗根

17、據(jù)而不予發(fā)表。邁爾在初次受挫之后，并不氣餒，繼續(xù)努力。不予發(fā)表。邁爾在初次受挫之后，并不氣餒，繼續(xù)努力。后來他又寫成后來他又寫成論無機界的力論無機界的力一文，一文， 這篇文章被一向注這篇文章被一向注意各種自然力之間的關(guān)系的李比希發(fā)表于他主編的意各種自然力之間的關(guān)系的李比希發(fā)表于他主編的化學(xué)化學(xué)和藥學(xué)年刊和藥學(xué)年刊18421842年年5 5月號上。月號上。25熱運動的基本規(guī)律 2. 焦耳的實驗焦耳的實驗 （各類實驗歷時（各類實驗歷時4040年）年） 在圖在圖A A中，水盛在由絕熱壁構(gòu)成的容器內(nèi)，重物下降帶動葉片在水中攪動，中，水盛在由絕熱壁構(gòu)成的容器內(nèi)，重物下降帶動葉片在水中攪動，水溫受葉片攪動

18、而升高。如果把水和葉片看作體系，其溫度的升高水溫受葉片攪動而升高。如果把水和葉片看作體系，其溫度的升高( (狀態(tài)的改變狀態(tài)的改變) )完全是重物下降作功的結(jié)果。完全是重物下降作功的結(jié)果。 在圖在圖B B中，水和電阻器放在由絕熱壁構(gòu)成的容器內(nèi)，接上電源，讓穩(wěn)定電流中，水和電阻器放在由絕熱壁構(gòu)成的容器內(nèi)，接上電源，讓穩(wěn)定電流通過電阻器而使水溫升高。如果把水和電阻器看作體系，其溫度的升高完全是電通過電阻器而使水溫升高。如果把水和電阻器看作體系，其溫度的升高完全是電源作功的結(jié)果。這兩個絕熱過程的實驗結(jié)果表明：使同量之水升高一定的溫度，源作功的結(jié)果。這兩個絕熱過程的實驗結(jié)果表明：使同量之水升高一定的溫度

19、，所需的功在實驗誤差范圍內(nèi)是相等的。所需的功在實驗誤差范圍內(nèi)是相等的。26熱運動的基本規(guī)律 3. 3. 亥姆霍茲亥姆霍茲（Hermannvon Helmholtz，18211894）的貢獻的貢獻 德國物理學(xué)家，生理學(xué)家。德國物理學(xué)家，生理學(xué)家。1847年他在德國物理學(xué)會發(fā)表了關(guān)于力的守恒講年他在德國物理學(xué)會發(fā)表了關(guān)于力的守恒講演，在科學(xué)界贏得很大聲望，次年擔(dān)任了柯尼斯堡大學(xué)生理學(xué)副教授。亥姆霍茲演，在科學(xué)界贏得很大聲望，次年擔(dān)任了柯尼斯堡大學(xué)生理學(xué)副教授。亥姆霍茲在這次講演中，第一次以數(shù)學(xué)方式提出能量守恒定律。在這次講演中，第一次以數(shù)學(xué)方式提出能量守恒定律。 主要論點是：主要論點是： 一切科學(xué)

20、都可以歸結(jié)到力學(xué)。一切科學(xué)都可以歸結(jié)到力學(xué)。 強調(diào)了牛頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的，因而可以用拉氏方法強調(diào)了牛頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的，因而可以用拉氏方法 以以 力所傳遞的能量或它所作的功來量度力。力所傳遞的能量或它所作的功來量度力。 所有這種能量是守恒的。亥姆霍茲發(fā)展了邁爾、焦耳所有這種能量是守恒的。亥姆霍茲發(fā)展了邁爾、焦耳 等人的工作，討論了已知的力學(xué)的、熱學(xué)的、電學(xué)的、等人的工作，討論了已知的力學(xué)的、熱學(xué)的、電學(xué)的、 化學(xué)的各種科學(xué)成果，嚴謹?shù)卣撟C了各種運動中能量守化學(xué)的各種科學(xué)成果，嚴謹?shù)卣撟C了各種運動中能量守 恒定律。這次講演內(nèi)容后來寫成專箸恒定律。這次講演內(nèi)容后

21、來寫成專箸力之守恒力之守恒出版。出版。27熱運動的基本規(guī)律 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 ：也叫能量不滅原理，就是也叫能量不滅原理，就是能量守恒定律能量守恒定律。 基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔幌囊欢ǖ墓Ρ責(zé)峥梢赞D(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔幌囊欢ǖ墓Ρ?產(chǎn)生一定的熱，一定的熱消失時，也必產(chǎn)生一定的功。產(chǎn)生一定的熱，一定的熱消失時，也必產(chǎn)生一定的功。 外界對系統(tǒng)所傳遞的熱量，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，一部分用外界對系統(tǒng)所傳遞的熱量，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，一部分用 于系統(tǒng)對外做功。于系統(tǒng)對外做功。AEEQ)(12dAdEdQ28熱運動的基本規(guī)律 第一類永動機第一類永動機

22、： 歷史上有不少人希望設(shè)計一種機器，這種機器不消耗任何能量，歷史上有不少人希望設(shè)計一種機器，這種機器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。這種機器被稱為永動機。卻可以源源不斷地對外做功。這種機器被稱為永動機。 29熱運動的基本規(guī)律 水力水力“永動機永動機” 17751775的，法國科學(xué)院宣布：的，法國科學(xué)院宣布： 本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動機的一切設(shè)計。本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動機的一切設(shè)計。 30熱運動的基本規(guī)律蒸汽機蒸汽機31熱運動的基本規(guī)律二、熱力學(xué)第二定律二、熱力學(xué)第二定律 1. 1. 熱傳遞熱傳遞 熱傳遞有一種單向性：熱傳遞有一種單向性： 熱能會熱能會自發(fā)地自發(fā)地從較高的溫度

23、傳到較低的溫從較高的溫度傳到較低的溫度，但不會度，但不會自發(fā)地自發(fā)地從較低的溫度傳到較高的溫度。從較低的溫度傳到較高的溫度。 - - 表述為熱傳遞定律的熱力學(xué)第二定律表述為熱傳遞定律的熱力學(xué)第二定律32熱運動的基本規(guī)律 2. 2. 熱機：用熱能做功熱機：用熱能做功 燃燒、摩擦、擊打等均產(chǎn)生熱。燃燒、摩擦、擊打等均產(chǎn)生熱。 自然界中產(chǎn)生熱能較容易自然界中產(chǎn)生熱能較容易-幾乎不可避免！幾乎不可避免！ 問題：問題：何種過程或設(shè)備會將熱能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量？何種過程或設(shè)備會將熱能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量？ 答案：答案： 熱機，即用熱能做功的循環(huán)裝置。熱機，即用熱能做功的循環(huán)裝置。 但人們發(fā)現(xiàn)：但人們發(fā)現(xiàn)

24、： 任何熱機的轉(zhuǎn)換過程是：任何熱機的轉(zhuǎn)換過程是： 熱能（輸入）熱能（輸入） 功功 + + 熱能（損耗）熱能（損耗）33熱運動的基本規(guī)律 熱機的效率：熱機的效率： 表述為熱機定律的熱力學(xué)第二定律：表述為熱機定律的熱力學(xué)第二定律： 用熱能做功的任何循環(huán)過程必定也有熱能損耗?；蛘哒f，熱機用用熱能做功的任何循環(huán)過程必定也有熱能損耗?；蛘哒f，熱機用熱能做功的效率永遠小于熱能做功的效率永遠小于100 %100 %。輸出的功輸出的功能量效率能量效率 = -= - 輸入的熱能輸入的熱能34熱運動的基本規(guī)律 結(jié)論：結(jié)論： 熱機實際上是利用熱能從熱向冷的自然流動，分出一部分流動的熱機實際上是利用熱能從熱向冷的自然

25、流動，分出一部分流動的熱能來做功。熱能來做功。 做功的必要條件：做功的必要條件：高溫端高溫端 + + 低溫端低溫端 做功效率與溫差有關(guān)。做功效率與溫差有關(guān)。輸入輸入排出排出輸入輸入35熱運動的基本規(guī)律36熱運動的基本規(guī)律3. 3. 能量的品質(zhì)：逐步降低能量的品質(zhì)：逐步降低 熱量是一種特別的能量熱量是一種特別的能量-品質(zhì)較低。品質(zhì)較低。 任何產(chǎn)生熱能的過程都有一種任何產(chǎn)生熱能的過程都有一種單向性單向性，也叫，也叫不可逆性不可逆性。 一個系統(tǒng)一旦產(chǎn)生了熱能，這個系統(tǒng)一個系統(tǒng)一旦產(chǎn)生了熱能，這個系統(tǒng) 就永遠不能靠自己回到原先的狀態(tài)。就永遠不能靠自己回到原先的狀態(tài)。 在能量轉(zhuǎn)換過程中，丟失的不是能量在

26、能量轉(zhuǎn)換過程中，丟失的不是能量 （能量是守恒的），但能量的品質(zhì)丟失了。（能量是守恒的），但能量的品質(zhì)丟失了。37熱運動的基本規(guī)律 當(dāng)我們使用地球上的能源時，并不會減少地球的總能當(dāng)我們使用地球上的能源時，并不會減少地球的總能 量。我們只不過是將能量從高度有用的形式（如石油中的量。我們只不過是將能量從高度有用的形式（如石油中的化學(xué)能）降低為不那么有用的形式（通常就是熱能）?；瘜W(xué)能）降低為不那么有用的形式（通常就是熱能）。 于是能量的兩大定律之一告訴我們：于是能量的兩大定律之一告訴我們： 能量的數(shù)量是守恒的。能量的數(shù)量是守恒的。 另一條定律則告訴我們：另一條定律則告訴我們： 能量的品質(zhì)不斷下降。能量

27、的品質(zhì)不斷下降。38熱運動的基本規(guī)律 第二類永動機第二類永動機 從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響的從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響的熱機熱機稱稱為第二類永動機。為第二類永動機。 在在熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律問世后，人們認識到能量是不能被憑空制造出問世后，人們認識到能量是不能被憑空制造出來的，于是有人提出，設(shè)計一類裝置，從海洋、大氣乃至宇宙中吸取來的，于是有人提出，設(shè)計一類裝置，從海洋、大氣乃至宇宙中吸取熱能，并將這些熱能作為驅(qū)動永動機轉(zhuǎn)動和功輸出的源頭，這就是第熱能，并將這些熱能作為驅(qū)動永動機轉(zhuǎn)動和功輸出的源頭，這就是第二類永動機。二類永動機。 歷史上首個成

28、型的第二類永動機裝置是歷史上首個成型的第二類永動機裝置是18811881年美國人約翰年美國人約翰嘎姆吉嘎姆吉為美國海軍設(shè)計的零發(fā)動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，為美國海軍設(shè)計的零發(fā)動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉(zhuǎn)。但是這一裝置無法持續(xù)運轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒推動機械運轉(zhuǎn)。但是這一裝置無法持續(xù)運轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。39熱運動的基本規(guī)律4. 4. 熵與熵增加定律熵與熵增加定律 當(dāng)熱能從熱向冷流動時，微觀無序程度總是增加。當(dāng)熱能從熱向冷流動時，微觀無序程度總是

29、增加。 熵：熵：用來量度任何系統(tǒng)的微觀無序程度。這個物理量叫用來量度任何系統(tǒng)的微觀無序程度。這個物理量叫“熵熵”。40熱運動的基本規(guī)律 表述為熵增加定律的熱力學(xué)第二定律：表述為熵增加定律的熱力學(xué)第二定律： 任何物理過程的任何物理過程的全部參加者全部參加者的總熵（或微觀無序程度）在過程中的總熵（或微觀無序程度）在過程中不會減少，但可能增加。不會減少，但可能增加。 熵增加定律預(yù)言：熵增加定律預(yù)言：大多數(shù)過程是不可逆的。大多數(shù)過程是不可逆的。 事實上，除了在亞原子層級上有一種很微妙的效應(yīng)外，熱力學(xué)第二事實上，除了在亞原子層級上有一種很微妙的效應(yīng)外，熱力學(xué)第二定律是區(qū)分向前與向后這個時間方向的唯一的物

30、理學(xué)原理。定律是區(qū)分向前與向后這個時間方向的唯一的物理學(xué)原理。41熱運動的基本規(guī)律 假如熱力學(xué)第二定律不成立：假如熱力學(xué)第二定律不成立： 1. 1. 靜止放在桌子上的書會自發(fā)地跳到空中。（熱能靜止放在桌子上的書會自發(fā)地跳到空中。（熱能動能動能 + 引力能）引力能） 2. 2. 水能往山上（高處）流動。水能往山上（高處）流動。 3. 3. 熱能可以從冷流向熱。熱能可以從冷流向熱。 4. 4. 人會越活越年輕。人會越活越年輕。 熱力學(xué)第二定律的可怕結(jié)論：熱力學(xué)第二定律的可怕結(jié)論： 宇宙熱寂論。宇宙熱寂論。42熱運動的基本規(guī)律 熱力學(xué)第二定律并不排斥熱能的利用：熱力學(xué)第二定律并不排斥熱能的利用： 1

31、. 1. 活塞將熱能轉(zhuǎn)換為功活塞將熱能轉(zhuǎn)換為功 - - 汽車汽車43熱運動的基本規(guī)律 2. 2. 燃煤發(fā)電燃煤發(fā)電44熱運動的基本規(guī)律45熱運動的基本規(guī)律三、熱力學(xué)第三定律三、熱力學(xué)第三定律 19061906年，德國物理學(xué)家年，德國物理學(xué)家能斯特能斯特在研究低溫條件下物質(zhì)的變化時，在研究低溫條件下物質(zhì)的變化時，把熱力學(xué)的原理應(yīng)用到低溫現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)了一個新的把熱力學(xué)的原理應(yīng)用到低溫現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)了一個新的規(guī)律，這個規(guī)律被表述為：規(guī)律，這個規(guī)律被表述為：“當(dāng)絕對溫度趨于零時，凝聚系當(dāng)絕對溫度趨于零時，凝聚系( (固體和液固體和液體）的熵（即熱量被溫度除的商）在等溫過程中的

32、改變趨于零。體）的熵（即熱量被溫度除的商）在等溫過程中的改變趨于零?！钡碌聡锢韺W(xué)家普朗克把這一定律改述為：國著名物理學(xué)家普朗克把這一定律改述為：“當(dāng)絕對溫度趨于零時，當(dāng)絕對溫度趨于零時，固體和液體的熵也趨于零。固體和液體的熵也趨于零?！边@就消除了熵常數(shù)取值的任意性。這就消除了熵常數(shù)取值的任意性。 19121912年，能斯特又將這一規(guī)律表述為絕對零度不可能達到原理年，能斯特又將這一規(guī)律表述為絕對零度不可能達到原理：“不可能使一個物體冷卻到絕對溫度的零度。不可能使一個物體冷卻到絕對溫度的零度。” 這就是這就是熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律。46熱運動的基本規(guī)律 制冷與供暖制冷與供暖 1. 什么

33、叫什么叫“制冷制冷”？ 制冷兩字只能說是技術(shù)上的術(shù)語，嚴格講是錯誤的，世界上沒有那制冷兩字只能說是技術(shù)上的術(shù)語，嚴格講是錯誤的，世界上沒有那國的科學(xué)家能制造出國的科學(xué)家能制造出 “冷冷”來。來。 在物理學(xué)中沒有冷的定義。在物理學(xué)中沒有冷的定義。 “冷冷”和和“熱熱”是相對的。是相對的。我們把利用機械設(shè)備把降溫對象降到所我們把利用機械設(shè)備把降溫對象降到所需溫度的方法叫制冷，這是工程術(shù)語。需溫度的方法叫制冷，這是工程術(shù)語。 熱量總是通過傳導(dǎo)、對流、輻射，從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物熱量總是通過傳導(dǎo)、對流、輻射，從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，絕不可能反過來進行。一個物體失去一些熱量后，它的溫度

34、也會降體，絕不可能反過來進行。一個物體失去一些熱量后，它的溫度也會降低一些。低一些?！爸评渲评洹钡哪康木褪峭ㄟ^制冷系統(tǒng)，將空氣中的熱量向比空氣的目的就是通過制冷系統(tǒng)，將空氣中的熱量向比空氣溫度更低的制冷劑傳遞，達到降低空氣溫度的目的。溫度更低的制冷劑傳遞，達到降低空氣溫度的目的。 47熱運動的基本規(guī)律 什么叫制冷，比如我們將裝有一千克什么叫制冷，比如我們將裝有一千克 20 20 冷水的水壺放到一塊燒冷水的水壺放到一塊燒到到 500 500 的鐵板上，沒有多久水就開了，如果不拿開水壺，不多久水就的鐵板上，沒有多久水就開了，如果不拿開水壺，不多久水就干了。大家會說鋼板在對水加熱，反過來也可以說水在

35、對鋼板降溫。而干了。大家會說鋼板在對水加熱，反過來也可以說水在對鋼板降溫。而且，降了多少度，都可計算出來，因為一千克水從且，降了多少度，都可計算出來，因為一千克水從 20 20 升到升到 100 100 ，它需要外界提供它它需要外界提供它 80 80 千卡熱量，水從千卡熱量，水從100100到燒干，它需要外界提供到燒干，它需要外界提供539 539 千卡熱量，也就是說一公斤千卡熱量，也就是說一公斤2020冷水燒到干，要外界提供冷水燒到干，要外界提供 619 619 千卡千卡熱量。如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了熱量。如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了619 619 千卡熱量而變成千卡

36、熱量而變成了水蒸汽，使鋼板降溫了，這就是制冷，是利用水對鋼板制冷。如果將了水蒸汽，使鋼板降溫了，這就是制冷，是利用水對鋼板制冷。如果將水倒在鋼板上，那就更直觀了。這里的水就是制冷劑。水倒在鋼板上，那就更直觀了。這里的水就是制冷劑。 1kg 1kg 純水溫度升高或降低純水溫度升高或降低1 1攝氏度，所吸收或放出的熱量為攝氏度，所吸收或放出的熱量為1 kcal1 kcal。 1kcal1kcal4.1868kJ4.1868kJ 48熱運動的基本規(guī)律49熱運動的基本規(guī)律50熱運動的基本規(guī)律51熱運動的基本規(guī)律 2. 2.供暖原理供暖原理 如果我們在壺嘴上套根管子，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壺就如

37、果我們在壺嘴上套根管子，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壺就成小鍋爐了。水蒸汽進了浴室馬上凝結(jié)成小水珠（霧氣），放出熱量使成小鍋爐了。水蒸汽進了浴室馬上凝結(jié)成小水珠（霧氣），放出熱量使浴室內(nèi)溫度上升，同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出浴室內(nèi)溫度上升，同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出 539539大卡熱量后全部變成水，在蒸汽變成水的時候，小水珠的溫度是大卡熱量后全部變成水，在蒸汽變成水的時候，小水珠的溫度是 100100，這是一個冷凝過程。當(dāng)然小水珠會繼續(xù)放出熱量而降低溫度，等，這是一個冷凝過程。當(dāng)然小水珠會繼續(xù)放出熱量而降低溫度，等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時，只有水

38、珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時，只有3030左右了，這就不是冷左右了，這就不是冷凝過程了，而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)供熱排管中凝過程了，而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)供熱排管中，室內(nèi)供熱排管對蒸汽來說就成了冷凝器。，室內(nèi)供熱排管對蒸汽來說就成了冷凝器。52熱運動的基本規(guī)律 如果供應(yīng)的蒸汽壓力是如果供應(yīng)的蒸汽壓力是 1 1 Kg/ cm2 表壓力（實際是表壓力（實際是2 2個大氣壓），熱個大氣壓），熱水汀表面溫度就是水汀表面溫度就是110110，供熱排管向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量，使室內(nèi)溫度上，供熱排管向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量，使室內(nèi)溫度上升，而蒸汽就在供熱排管內(nèi)冷凝成水，如果向

39、室內(nèi)散發(fā)了升，而蒸汽就在供熱排管內(nèi)冷凝成水，如果向室內(nèi)散發(fā)了539539千卡熱量，千卡熱量，供熱排管內(nèi)就冷凝下來供熱排管內(nèi)就冷凝下來1 1公斤水。公斤水。 按制冷角度來講，這整個過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰，按制冷角度來講，這整個過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰，成為蒸汽，蒸汽帶著吸收來的熱量來到供熱排管，供熱排管的表面向空成為蒸汽，蒸汽帶著吸收來的熱量來到供熱排管，供熱排管的表面向空氣散發(fā)了熱量，蒸汽失去熱量后又重新冷凝成蒸餾水，這水可通過設(shè)備氣散發(fā)了熱量，蒸汽失去熱量后又重新冷凝成蒸餾水，這水可通過設(shè)備回到鍋爐繼續(xù)使用。回到鍋爐繼續(xù)使用。53熱運動的基本規(guī)律 3. 3. 最簡單的制

40、冷由四大要件組成：最簡單的制冷由四大要件組成： 壓縮機；壓縮機； 冷凝器；冷凝器； 節(jié)流閥；節(jié)流閥； 蒸發(fā)器。蒸發(fā)器。 54熱運動的基本規(guī)律4. 4. 空調(diào)預(yù)備知識：空調(diào)預(yù)備知識： 1. 1. 蒸發(fā)能制冷，蒸發(fā)越快，制冷越好。（如：蒸發(fā)能制冷，蒸發(fā)越快，制冷越好。（如：酒精比水更容易蒸發(fā)酒精比水更容易蒸發(fā) ） 溫度越高，蒸發(fā)越快。（如：溫度越高，蒸發(fā)越快。（如：洗曬的衣服，夏天比冬天容易干洗曬的衣服，夏天比冬天容易干） 壓力越低，蒸發(fā)越快。壓力越低，蒸發(fā)越快。 （如：（如：在青藏高原，水不到在青藏高原，水不到9090就沸騰了，就沸騰了， 并開始蒸發(fā)并開始蒸發(fā) ）2. 2. 加壓可以使氣體變成液

41、體，而且壓力越高，越容易變成液體。加壓可以使氣體變成液體，而且壓力越高，越容易變成液體。 （如：（如：液化氣液化氣） 冷卻可以使氣體變成液體，溫度越低，越容易變成液體。冷卻可以使氣體變成液體，溫度越低，越容易變成液體。 （如：（如：水蒸氣遇冷凝結(jié)成水水蒸氣遇冷凝結(jié)成水） 55熱運動的基本規(guī)律56熱運動的基本規(guī)律 5. 5.空調(diào)的工作原理空調(diào)的工作原理 （1 1）低溫、低壓的氣態(tài)氟里昂被吸入壓縮機，被壓縮成高溫高壓的氣體）低溫、低壓的氣態(tài)氟里昂被吸入壓縮機，被壓縮成高溫高壓的氣體 氟里昂；氟里昂； （絕熱壓縮，時間短）（絕熱壓縮，時間短） （2 2）氣態(tài)氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散熱過程中，逐漸冷凝成高）氣態(tài)氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散熱過程中，逐漸冷凝成高 壓液體氟里昂；壓液體氟里昂； （等溫壓縮）（等溫壓縮） （3 3）通過節(jié)流裝置降壓又變成低溫低壓的氣液氟里昂混合物。）通過節(jié)流裝置降壓又變成低溫低壓的氣液氟里昂混合物。（絕熱膨脹（絕熱膨脹） （4 4）此時，氣液混合的氟里昂就開始空調(diào)制冷：它進入室內(nèi)的蒸發(fā)器，通）此時，氣液混合的氟里昂就開始空調(diào)制冷：它進入室內(nèi)的蒸發(fā)器，通 過吸收室內(nèi)空氣中的熱量而不斷汽化，這樣，房間的溫度降低了，它過吸收室內(nèi)空氣中的熱量而不斷汽化，這樣，房間的溫度降低了，它 也又變成了低