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引入
第三章:熱(Thermodynamics熱學(xué)可分為兩門學(xué)科(研究方法):熱力學(xué)和統(tǒng)從不同角度研究熱運動,二者相輔相成,又互相補充2013-3- 羊八井地?zé)釡?013-3- 物理學(xué) 根據(jù)地?zé)崴疁囟鹊母叩?,地?zé)豳Y源分為高溫>150℃)、中溫(150-90℃)和低溫(<90℃)3種。高溫地?zé)崮苤饕糜诎l(fā)電,中低溫地?zé)崮芤话憧芍苯永茫ü?、溫室、旅游和療養(yǎng)等)。在人們?nèi)?注全球氣候變暖和礦物 利用帶來的各種環(huán)境污染的今天,地?zé)崮茏鳛橐环N清潔、無污染的能源而倍受各國重視。位于藏北羊井草原深處的羊八井地?zé)犭姀S,是我國目前最大的地?zé)嵩囼?,也是 世界唯一利用中溫淺層熱儲資源進行工業(yè)性發(fā)電的電廠。海拔0米的羊八井盆地上,現(xiàn)已興起了一座全新的地?zé)岢?,地?zé)衢_發(fā)利用正向綜合性方向發(fā)展。近10多年來,這里建成了蔬菜 以及畜產(chǎn)品、硼砂 等企業(yè)。目前,電廠已有8臺3000千瓦機組,總裝機2.5萬千瓦。到去年底,共為 發(fā)電12億千瓦小時,年發(fā)電量在 電網(wǎng)中占45%。目前,在羊八井地?zé)岬幕A(chǔ)上,已開發(fā)出了價廉物美的
此溫泉不含硫磺,溫度較高 請你思考 )Kendall歷史上100個最偉大的發(fā)明之一:蒸汽機。1789年由英國伯明翰的JamesWatt發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容:將蒸汽轉(zhuǎn)化為機械功的機器。用途:工業(yè)、水泵、火車、輪船提供動力。時間:150年。2013-3- 熱力學(xué)的三個發(fā)展階平衡態(tài)熱力學(xué)或可逆過程熱力學(xué),經(jīng)典熱力學(xué)階段
非線性非平衡態(tài)熱力2013-3- 本章重點1、掌握熱力學(xué)2、掌握熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用、計算3、掌握循環(huán)過程、卡諾過程及效4、掌握熱力學(xué)第二定律、實質(zhì)、5、理解熵的概念及熵增2013-3- §3.1力學(xué)第(TheFirstLawof一、熱學(xué)的研究對1、對象:宏觀物體(大量分子原子系統(tǒng))或物體系—熱力學(xué)系統(tǒng)。系外系外2、內(nèi)容:與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和熱現(xiàn)宏觀上說是與溫T有熱現(xiàn)2013-3-
微觀上說是與熱運動有關(guān) 二、描述方1、宏觀描述:整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)和屬性宏觀量:一般可以直接P、V、T等2、微觀描述:描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的運動微觀量:一般不能直接測量。如分子m、速v宏觀量是相應(yīng)的微觀量的統(tǒng)計2013-3- 三、熱學(xué)的研究方1宏觀的實驗規(guī)律+邏輯推優(yōu)點:可靠、普遍 缺點:未揭示微觀本質(zhì)2、統(tǒng)計物理學(xué)—微觀理論(初級理論為氣體動理)物質(zhì)的微觀結(jié)計方優(yōu)點:揭示了微觀本質(zhì)。缺點:受模型局限,普遍性較差宏觀法與微觀法相宏觀法與微觀法相四、熱力學(xué)過程的(Basicconceptionof1、平衡狀態(tài):在沒有外界影響的情況下,系統(tǒng)各部分的宏觀性質(zhì)在長時間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。12、熱力學(xué)過程:系統(tǒng)從某狀態(tài)開始經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)到達另一狀態(tài)的過程。12122123、準靜態(tài)過程:在過程進行的每一時刻,系統(tǒng)都無限2013-3- 4、馳豫時間:從一個熱力學(xué)平衡態(tài)轉(zhuǎn)化到另一個熱力學(xué)平衡態(tài)所需要的時間。說明:實際過程是非準靜態(tài)過程,但只要過程進行的時間遠大于系統(tǒng)的馳豫時間,均可看作準靜態(tài)過程。如實際汽缸的壓縮過程可看作準靜態(tài)過程。SS2013-3- 對準靜態(tài)過程說明p( 過程)外,大多數(shù)況下都可以把實際過程看成 準靜態(tài)過程在狀態(tài)圖上可用一條曲線P---V圖表示2013-3- 五、功能1、概念功(W)(Work):是能量傳遞和轉(zhuǎn)化的量度;是過程量系統(tǒng)對外作功
W
WdW
fdl
W2013-3-
2VV
p12Spp12Sp
V213熱量(Q)(Heat ty):是傳熱過程中所傳遞能系統(tǒng)吸
Q
系統(tǒng)放
Q熱量是通過溫度差傳遞的能量傳熱的微觀本質(zhì)是:分子無規(guī)則運動的能量從高溫物向低溫物體傳遞內(nèi)能(E)(Internalenergy)運動能量的總和;是狀態(tài)量
真實氣體
EE(T,V
理想氣體
EE(T2013-3- 問題1:怎樣區(qū)別內(nèi)能與熱量?下面哪種說法是正確的內(nèi)能是狀態(tài)量,熱量是過程量2013-3- 第一定律:重(TheFirstLawof一般形式
QEW微分形式
積分形式
Q
(氣體準靜態(tài)過程討論熱力學(xué)第一定律實際上就是包含熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律;2013-3- 第一類 是不可能實現(xiàn)的適用于任何系統(tǒng)(氣、液、固)2013-3- 問題2 有人聲稱設(shè)計了一臺循環(huán)熱機, 供1.045×108J的熱量時,機器對外作了30kW·h的功,并有3.135×107J的熱量放出,這種機器可能不可能2013-3- bdbdac例:如圖,當(dāng)系統(tǒng)沿acb過程狀態(tài)時,外界對系統(tǒng)作功20J V問在此過程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱,有多少熱量解:acb過程:Q=100J
EQ
bda過程
E
W=-QEW
70
90J放2013-3- 六、摩爾熱容量:掌定義(tio):1摩爾氣體經(jīng)過某一熱力學(xué)過程,溫度升高(降低1K所需要吸收(釋放)的熱量。C
1、定容摩爾熱容量
i22、定壓摩爾熱容量
CP
iR2
2013-3- 3、比熱容比(絕熱系數(shù))(Ratioofspecific
i2
CP
iCP
iR2
RCV
分析、比較CVCPr理論值與實驗值。P118表3-原因:熱容量理論建立在經(jīng)典理論基礎(chǔ)上,微觀粒子的運動遵守量子力學(xué)規(guī)律。解釋:研究方法和模型兩方面2013-3- 解:單原子分子ii
3R,C
52
5167剛性雙原子分子氣i剛性多原子分子氣i
75862013-3- 七、熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用(重點)(ApplicationoftheFirstLawofThermodynamicsonIdealGas)1、等容過(IsochoricprocesspⅡⅠpⅡⅠ
S l不S(P-V2013-3-
i22推導(dǎo)2
dQ
dWpdVm
dE
iE RT M2013-3- 應(yīng)用(Transformationofenergy):掌
dEdEM
i2 E
M
物理意義:等體過程中氣體吸收的熱量,全部用來增它的內(nèi)能,使其溫度上升2013-3- 例:一個容器內(nèi)貯有1mol的某種氣體,今從外界輸入2.09×102J熱解
Ei2E
i2i
2
1025 故該氣體為雙原子分子氣2013-3- 2、等壓過程(Isobaricprocess) P=常數(shù),dP=0(P-V
F恒S恒SⅠⅠⅡ 2013-3- (3)
CP
iR2
R 推導(dǎo)
dQdEPV=R
VdP
dW
EM
i2
dE
i2dQ
i2
邁耶(Mayerformula.)公式
R重2013-3- mm
dE
MCV
mCdT QEWm
(TT)
V)m
(TTP根據(jù)
pVmM2013-3- 問題3:如本題圖所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)“1”變化到狀態(tài)“2”,一次經(jīng)由過程A,另一次經(jīng)由過程B。試問在過程和過程B中吸收的熱量QA與QB何者較大例題1:討論理想氣體在下述過程中E、T、W和Q的正2013-3- 例2如圖所示,使1摩爾氧氣)由a等體地變到c,再由c等壓地變解ac等體過程
Pa
cb為等壓過程
44.8V
Vb
J
T
7.94103 2.27103 3、等溫過程(Isotherm·征T=常數(shù),dT=0p· (P-VⅠⅡ
SS FSS2
2013-3-
根據(jù)
WM
pmpmRTMV
mRTlnp1 pVmpVmM2013-3- 例3如圖所示,使1摩爾氧氣由a等溫地變到b,試,計算系統(tǒng)所做的解ab為等溫過
EPacPacbW
/Va
QEW
44.8V2013-3- 例題:如圖所示,一定量的理想氣體經(jīng)歷ACB過程時吸熱J,則經(jīng)歷ACBDA過程時吸熱又為多少解:
DD
QACB
pdV
則在循環(huán)過程ACBDA中系統(tǒng)所作的總功WWACBWBDWDA2013-3-
Q=W=-1000 熱量傳遞的總效果為放 4、絕熱過程(Adiabatic特征(Characteristic):d說明:(1)良好絕熱材料包圍的系統(tǒng)發(fā)生的過程(2)P—V圖(P-V
p p 2013-3-
O
37例題:使1mol氧氣(1)由a等溫變到b;(2)由a等體變到c,再由c等壓變到。分別計算在各過程中氣體所做的功和傳遞的熱量。(1)a-b為等溫過
aQ
RTln
paVa VaV2
0.022
3.05103
(2)在a-c-b過程
E
Ea0
Wac
)1105(0.0440.022)2.21031Q
2.2103( dQdE
ddW
M
CVW
M
CV
絕熱過程方程(Poissonequation):掌PV
TV1
P1T Cis2013-3- 推導(dǎo)
dWdE
pV
Vdp
R)
CVVdppV
dpdV m
PV 1PV
P1T 2013-3- 與等溫線:掌 pV const AdV A
等溫pV
說明:(1)看圖比較 解釋:等溫過程的壓強增大僅由于體積減小。絕熱過程的壓強增不僅由于體積減小,2013-3-
而且由于溫度的升高 絕熱過 的計算W(E2
CV
1)W
V2pV
(p
pV11V V11
1 V
PVPV 絕熱過程中,理想氣體不吸收熱量,系統(tǒng)減少的內(nèi)能,等于其對外作功。2013-3- 例題:試證明1mol理想氣體在絕熱過程中所做的功W
T21其中T1、T2分別為初末狀態(tài)的熱力學(xué)溫度 pV解:
pV
p
pV
V1 V
1 W pdV
pV
V
V pV
pVV11
1 1 pVpV
W1
VV
pV pV
pV1
1
1 1
2013-3- 問題4:討論理想氣體在下述過程中E、T、A和Q的正熱膨脹;(4)圖331(a)所示過程a-bc;(5)圖331(b)所示過程-c和-c。 等溫 2013-3- 多方過程(了解實際上,氣體所進行的過程,常常既不是等溫又不是絕熱的,而是介于兩者之間,可表示為:多方過程:PVn(n為多方指數(shù)n=1——等溫過 n ——絕熱過n=0——等壓過 n ——等容過一般情況1n,多方過程可近似代表氣體內(nèi)進行的實2013-3- 問題5: 如本題圖所示,一定量的氣體,體積從V1膨漲到V2,經(jīng)歷等壓過程a→b、等溫過程a→c、絕熱過程a→d,問:從p-V2013-3- 問題 對于一定量的理想氣體,下列過程是否可能吸熱吸熱同時體積縮小2013-3- :分別通過絕熱過程把標(biāo)準狀態(tài)下0.014kg氮氣壓縮到原體積的一半。求:在這過程中,氣體內(nèi)能的改變,傳遞的熱量和外界對氣體所做的功。設(shè)氮氣為理想氣體解:氮氣為雙原子剛性分子理想氣體
5 絕熱過程
TV
TV
Cp
1V
T1
273
2E
0.5
2013-3-
W
904(J
Q 例:溫度為25℃,壓強為1atm1mol原子分子理想氣求:(1)該過程中氣體對外所作的(23,解(1)由等溫過程可 VW V
2.72103(2T2
V)
192
22013-3- 2將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于絕熱過程方程WE
2.2103W2.21032013-3- 1、熱力學(xué)過程的相關(guān)概念2、熱力學(xué)第一定律:重QEW
1QEV 1
(氣體準靜態(tài)過程3、摩爾熱容量:掌2013-3- 2013-3-
i2
CP
iR2
R
CP
ii4、等容過程:掌 E
M
5、等壓過程:掌QEWmC(TT)P(VV)mC(TT 2013-3- 6、等溫過程:掌
WmRT
M
RTln7、絕熱過程.掌WE
m
PV
TV1
P1T8、 與等溫線比較:掌數(shù)數(shù)學(xué)方法為物理學(xué)研究 確的形式化語言和表述工具 物理學(xué)史介紹 10月5日,在瑞典斯德哥爾摩舉行的2004 物理學(xué)發(fā)布會上,一名黑衣男子和一名紅衣女郎拉著一條彩帶現(xiàn)場203-3-
自由”現(xiàn)象中“距離”和“色力”的相互關(guān)系。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎主要貢獻對夸克的研究使科學(xué)更接近實現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論0 克·維爾澤克(1951~)的0
物理學(xué)家。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎主要貢獻對夸克的研究使科學(xué)更接近實現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論2013-3-
羅斯
的 物理學(xué)家。 物理學(xué)史介紹 2004年榮 物理學(xué)獎主要貢獻對夸克的研究使科學(xué)更接近實現(xiàn)它為“所有的事情構(gòu)建理論2013-5維·波利澤(1949~)的
物理學(xué)家 物理學(xué)前沿介紹 21世紀科技 題之一:宇宙高齡幾何現(xiàn)代宇宙學(xué)理論告訴我們,宇宙 于“大 ”,宇宙中所有的星系均彼此遠離,宇宙處于普遍的膨脹之中。因此,如果能夠知道宇宙的膨脹速度,便可直接推算出宇宙的 。宇宙膨脹速度的大小由一個關(guān)鍵數(shù)值決定,這就是“哈勃常數(shù)”。其值越小,宇宙膨脹得越慢,宇宙達到目前的規(guī)模所花的時間也就越長,即宇宙的 越大;反之,宇宙膨脹得越快,宇宙就越年輕。因此,若以地球為中心,一直伸展至看得見的宇宙邊緣,其距離就可透露宇宙的 。天文學(xué)家尚未能一致肯定看得見的宇宙究竟有多大,其中一個主要原因在于 發(fā)生的確實時間是個謎2013-3- 預(yù)習(xí)§3-2熱力學(xué)第二定律(循環(huán)過程作業(yè):P151-P153思考題:第3-3題,第3-4題,第3-7題,第3-9題.練習(xí)題:第3-2題,第3-4題,第3-6題??茖W(xué)方法及其方法論是人類智2013-3- 預(yù)習(xí)§3-1絕熱過程§3-2熱力學(xué)第二定律(循環(huán)過程作業(yè):P152練習(xí)題:第3-2題,第3-6題,第3-7題,第3-8題科學(xué)方法及其方法論是人類智2013-3- 請你思考 )Kendall歷史上100個最偉大的發(fā)明之一:電冰箱早期用途實用的電冰箱:1913年發(fā)明的思想:氣體的性質(zhì)(膨脹和壓縮)2013-3- §3.3熱力學(xué)第本節(jié)重點1、掌握循環(huán)過2、掌握熱機的效率和制冷系數(shù)的3、掌握卡諾循環(huán)及效率的計算2013-3- 第一次技 :是以英國為代表的蒸汽機時代1705年紐可門制成紐可門蒸汽機 17761776年,第一臺實用型瓦特蒸汽機在布魯姆菲爾德煤礦投入使用。1783年,被用于威爾金森鐵工廠 1785年,被用于紡紗機 1787年 的菲奇首先采用蒸汽機造成一艘汽船1789年,被用于織布機 1790年以后,開始被各個紡織廠普遍采用 631830年1830年,英國的整個紡織業(yè)完成了機為基本動力的機器大工業(yè)的過手工業(yè)過渡到以蒸繼英國之后歐洲、推廣蒸汽機,大規(guī)模的蒸汽機生產(chǎn)與應(yīng)用,很快成為了國際性的動力設(shè)備,從而形成了19世紀的汽機時代1800年以后,又被廣泛運用于磨粉、釀酒、造紙、制革等輕工業(yè)部門、林業(yè)部門。1814 的史蒂文森創(chuàng)造了陸 的第一輛機車 2013-3- 程:引火力發(fā)電廠的熱力循1爐2輪機3凝器4泵水鍋水 渦輪
冷卻 奧托四沖程排氣點火
進氣活33現(xiàn)代“火力發(fā)電廠熱機:持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器工作物質(zhì)(工質(zhì)):熱機中被利用來吸收熱20133對外做功的物質(zhì) 2013-3- 1、循環(huán)ⅡⅠⅡⅠ特征 EWdW
閉合曲線包圍的面系統(tǒng)(工質(zhì))對外所作的凈2013-3- 2、正循正循環(huán)(熱機循環(huán)):沿順時針
高溫?zé)醀熱W低低溫?zé)醀
(系統(tǒng)對外作功pAcAdBopAcAdBoVB3、逆循環(huán)
cA VB
高溫?zé)嶂吕?低溫?zé)岬蜏責(zé)崮嫜h(huán)(致冷循環(huán)):沿逆時針WW1W2(系統(tǒng)對外作負功2013-3-
24、熱機的效率在一正循環(huán)中,系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次?/p>
E
2 定義
W 2013-3- 5、制冷系數(shù)在一逆循環(huán)中,外界對系W冷庫中吸熱Q2,向外界放出熱量Q1定義
E 制冷系數(shù)越大,,外界消耗的功相同時,工質(zhì)從冷庫中取出的熱量越多,制冷效果越佳。2013-3- 例:1mol求:(1)pV(2)
解:(1)pV
- (2)abV
p(10-
V(10mQab
ln
600Rlnbc是等壓過程
V(10-QbcCpT750R 2013-3- ca
3V(pp)
ca
bc
p(10-1Q
1
012013-3-
V(10- 二、提高熱機效率1、熱機的效率:
W
2122、熱機效率低的原因:3%---3、提高熱機效率的途徑:卡諾循環(huán)效率最高2013-3- B→CC→D:點火燃
柴油2013-3- 諾循環(huán)(Carnot高溫?zé)釒?工 低溫?zé)釒?/p>
Carnot(法國V恒溫?zé)釒旖粨Q熱量2013-3-
卡諾循環(huán)的熱機效率TT1 TT P推導(dǎo)
1 V1-2等溫膨脹吸 VQ1
RT1 V
12-3絕熱膨脹TV
TV3-4等溫壓放V
Q2RT2lnV
4-1絕熱收
1T
)1
121
)1提V2013-3- V1通過卡諾循環(huán),理論上找到了提高熱機效率的途徑TT1 TT1驗證 蒸汽 柴油 汽油噴氣式 (燃燒溫度越來越高2013-3- 四、卡諾逆高溫?zé)釒旃?W低溫?zé)釒?/p>
PO制冷系
T 制冷
2013-3- B(冷藏室):等溫E(壓縮機):絕熱2013-3- 和一條等溫線是否可以構(gòu)成一個循環(huán)?為不可以ⅢⅡⅠ2013-3- 例題2汽油機可近似看成如圖所示的理想循環(huán),此循環(huán)也叫奧托循環(huán),其中DE和BC是絕熱過程,證明熱機的效率等于1
解 CD為吸
nCV,m
TCEB為放
nV
TB熱機的效率2013-3-
1
1QEBQEB
CC例題3:0.32kg的氧氣作如本題圖所示的循環(huán),循環(huán)路徑為V2=2V1,T1=300K,T2=200K,求循環(huán)效率。設(shè)氧氣可以aadbcV解 a-b過程為等溫過mQ1W1m
1.728104b-c E TT
V 1058.31(2002m2.0775104mc-d
1.1521042013-3- d-a
Q4ECV,mT1T2510 8.313002002.0775104
2.07752.0775 5.4% 1.728 W
2122013-3- 例題一個卡諾致冷機從0℃的水中吸收熱量制冰,向27℃境放熱。若將5.0k的水變成同溫度的冰(冰的熔解熱為3.35×105J-1),()放到環(huán)境的熱量為多少?(2)最少必須供給致冷機多少能量?解 (1)設(shè)此致冷機從低溫?zé)嵩次盏臒崃繛镼2,則5.0kg的水變成同溫度的冰時致冷機吸收的熱量22
300
(2)設(shè)最少必須供給致冷機的能量為W,22013-3-15 1.66105 2 1、正循環(huán)、逆循環(huán)的概念:掌2、熱機的效率:重 W
2123、制冷系數(shù):重 213-
高熱機效率的途徑。重 TT5、卡諾循環(huán)的熱機效率:掌 1 TT16、卡諾逆循環(huán)的制冷系數(shù):掌握
2013-3- 物理學(xué)史介紹 屠守鍔(19172013-3-
浙江省湖州市人,火箭技術(shù)和結(jié)構(gòu)強,中 ,國際宇。1940年畢業(yè)于西南聯(lián)合大學(xué),1941年赴麻省理工學(xué)院航空工程系留學(xué),獲碩士。1945年回國.從50年代后期起,作為開創(chuàng)人之一,投身于我國與航天道式地地中近程、中程的副總設(shè)計師,洲際和長征二號運載火箭的總設(shè)計師,帶領(lǐng)科技突破了一系列技術(shù)“兩彈一星功勛獎?wù)隆鲍@得者物理學(xué)史介紹:物理學(xué)史介紹:1997年榮 物理學(xué)獎2013-3-
StevenChu
主要貢獻1997年榮 物理學(xué)獎主要貢獻Phillips(1948~
激光冷卻和捕陷原子物理學(xué)家2013-3- 1997年榮 物理學(xué)獎C.C.塔諾季(1933-)
主要貢獻2013-3- 物理學(xué)前沿介紹 21世紀科技 題之一:能源科學(xué)難題:“想的能源”能否變?yōu)楝F(xiàn)把海洋中的無窮盡的氫氦作為早就有人說它是把人類從能源桎梏中解放出來的“夢想的能源”。、、、歐洲都進行過這方面的開發(fā),并且確實在穩(wěn)步地接近目標(biāo),但現(xiàn)在還沒有最后2013-3- 預(yù)習(xí):熱力學(xué)練習(xí)題:第3-9題,第3-14物理學(xué)研究的兩個尖端:粒子物理(高能物理)和天體物2013-3- 請你思考 )Kendall 紐約的WillsCarrier發(fā)明。實用的家用空調(diào):1947年發(fā)明的思想:氣體的性質(zhì)(膨脹和壓縮)2013-3- §3.3學(xué)第§3.4熵1、掌握可逆過程與不可逆過程的概念2、掌握并理解熱力學(xué)第二定律的兩種標(biāo)準3、掌握宏觀態(tài)、微觀態(tài)、熱力學(xué)概率(Ω)4、掌握熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)和統(tǒng)計意義5、掌握玻爾茲曼熵公式2013-3- 一、可逆過程與不可逆過程:重自發(fā)過程:是指在不受外界干擾的條件下進行的過程舉例
功熱2013-3- 2、可逆過程:若系統(tǒng)經(jīng)歷了一個過程,而過程的每一步可沿相反的方向進行,同時不引起外界的任何變化,那么這個過程就稱為可逆過程。說明:無摩擦的準靜態(tài)過程是可逆過程(是理想過程)3、不可逆過程:如對于某一過程,用任何方法都不能使統(tǒng)和外界恢復(fù)到原來狀態(tài),該過程就是不可逆舉例 (1)擴散不可逆(2)2013-3- 結(jié)論:一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切實際過程都是不可逆過程不平衡和耗散等因素的存在,是導(dǎo)致過程不可逆的原因2013-3- 問題1:判別以下三種說法的對錯系統(tǒng)系統(tǒng)經(jīng)過一個正循環(huán)后,不但系統(tǒng)本身沒有變化,而且外界也沒有變化;,則系統(tǒng)本身以及外界都沒有任何變化正確錯誤錯誤2013-3- 二、熱力學(xué)第二定律1、開爾文表述(1851年):重
Kelvin英說明:(1敘述形式:第二類永動(2文表述實際上表明
1 功(機械能:有序運動 熱(內(nèi)能:無序運動2013-3- 2、克勞修斯表述(1850年):重說明:(1)克勞修斯表述的另一敘述(2
W
不可能為32013-3-15表述的原因:(a代表性(b歷史與
討論2013-3- 開爾文表述說明熱功轉(zhuǎn)換是不可逆的完完功熱不完克勞修斯表述說明熱傳導(dǎo)是不可逆的自自發(fā)傳非自發(fā)傳物物問題2:根據(jù)熱力學(xué)第二定律判斷下面說法是否正確?(l)功可以全部轉(zhuǎn)化為熱,但熱不能全部轉(zhuǎn)化為功;(2)熱量能從高溫物體傳向低溫物體,但不能從低溫物體傳向高溫物體。錯誤錯誤2013-3- 三、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意ABabcdABabcd宏觀態(tài):A、容器中各有多少分子的狀態(tài)微觀態(tài):A、容器中各有哪些分子的狀態(tài)熱力學(xué)概率(Ω):某種宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目2、四個分子的分布情況2013-3- 左4,右0,狀態(tài)數(shù)1;左3,右1,狀態(tài)數(shù)左0,右4,狀態(tài)數(shù)1;左1,右3,狀態(tài)數(shù)04粒子情況,總狀態(tài)數(shù)164右00右4,幾率各為1/16;左3右11右3,幾率各為1/42右2率為3/8。
應(yīng)微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)其出現(xiàn)的幾率最2013-3- 結(jié)論平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下Ω最大的3、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義:重孤立系統(tǒng)所發(fā)生的過程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)進行,從熱力學(xué)幾率小的狀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的狀態(tài)進行。2013-3- 4、分析幾個不可逆過程熱傳導(dǎo)功熱轉(zhuǎn)換功(機械能:有序運動 熱(內(nèi)能:無序運動2013-3- 四、玻爾茲曼熵(Entropy)公式:1、玻爾茲曼熵
普朗克定義2013-3-
Skln
11系統(tǒng)某一狀值越大,微觀態(tài)數(shù)就越多,系統(tǒng)就越混亂越無序。孤立系統(tǒng)總是傾向說明一個系統(tǒng)的熵是該系統(tǒng)的可能微觀態(tài)的量度,是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運動的無序性的一種量度。熵是一2013-3- 2、熵增原理:理Ω2ΩΩ2Ω1(自動
S2
S
kln2
(等號僅適用于可逆過孤立系統(tǒng)的熵永不會減少,這一結(jié)論稱為熵增原理說明:熵增原理只能應(yīng)用于孤立系統(tǒng),對于開放系統(tǒng)2013-3-15是可以減
五、卡諾定理:重在溫度分別為T1與T2的兩個給定熱源之間工作的一切可逆熱機,其效率相同,都等于理想氣體可逆卡諾熱機的可逆
1
1在相同的高、低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機,其效率都不可能大于可逆熱機的效率。 1 1不可 可 2013-3- 說明)以提高熱機效率。2013-3- 六、熵(Entropy):了2定義:狀態(tài)函數(shù)熵
S1 無限小的可逆過程 dST
物理意dQdQdE
熱力學(xué)基本關(guān)系式或熱力學(xué)定律的基本微分方程綜合熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的微分方程2013-3- 討論1、能量(energy)和熵(entropy)能量量度運動轉(zhuǎn)換的能力,熵量度運動不能轉(zhuǎn)換的能力2、熵(entropy)是胡剛復(fù)教授(1923.5.25)(東南大學(xué))翻譯時給出多,系統(tǒng)就 ,越無序4、過程是可逆過程,若不,需設(shè)計一個可逆過程
(普朗克
(胡剛復(fù)2013-3- 5、熵的宏觀意義:熵是系統(tǒng)不可用能的標(biāo)志。了E=E可+E不 dE=dE可+dE不dE -dE可=dE不說明熵增意味著能 能 是可用能減少,不可用能增加的代名詞2013-3- 熱力學(xué)第二定律的詰難:熱寂(溫度處處均勻的熱平衡態(tài))。地球的 . 了解觀點:宇宙無限, 理論(哈勃太空望遠鏡)2013-3- 理解熵高:概率大 、分散、無序、無用能多物態(tài)變化:固體---液 氣體,熵值變得越來越大隨熵的增大物質(zhì)的有序度下降 度增加2013-3- Maxwelldemon(妖):精靈。無序到有序,給系統(tǒng)輸入物質(zhì)能量。了解明確了信息與熵的定量關(guān)系2013-3- 七、熵的應(yīng)用和研究:了1、信息量大小與有序度,信息熵信息量:事物不確定性的量度,信息熵S的減少意味著信息里面所含的信息量增加。熵是關(guān)于體系精確狀態(tài)所缺乏的那些信息的量度,系統(tǒng)總是朝著信息量減少的方向演化。2、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)(多樣化模式與穩(wěn)定性等)2013-3- 3、社會思潮與社會的穩(wěn)定性4、管理科學(xué)和社會科學(xué)企業(yè)管 ,經(jīng)濟過熱是熵太大5、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)熵與土壤系統(tǒng)熵6、熵與生命dSdeS(熵流diS(如果deS為負值,其絕對值又大于diSdSdeSdiS0這時總熵可以逐步減少,使系統(tǒng)2013-3- 收熱量,使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其它變化。2熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。重點3二定律的實質(zhì):是揭示了自然界的一切自發(fā)2013-3- 4、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義(重點)孤立系統(tǒng)所5、玻爾茲曼熵公式(了解
Skln亂越無序。孤立系統(tǒng)總是傾向于熵值最大。6、熵增原理:孤立系統(tǒng)的熵永不會減少。了SS2k 2
(等號僅適用于可逆過程2013-3-
一、高真空技術(shù)與低二、自組織現(xiàn)象:系 由無序變?yōu)橛行?,按一定?guī)律運動生 及進化;自然界中出現(xiàn)的石紋、云街、雪花等1納德2光現(xiàn)3、時空有序化學(xué)反應(yīng)——B-Z反應(yīng)4、生命系2013-3- 物理學(xué)前沿瞭 散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)是普里高津(比利時)于1964 一個遠離平衡的開放系統(tǒng)(包括物理的、化學(xué)的、生物、社會的),在外界條件變化達到某一特定值時,系統(tǒng)通過不斷地與外界交換能量和物質(zhì),就有可能從原來的無序狀
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