注冊(cè)物理熱力學(xué)

1、第二部分熱力學(xué)大綱要求：功熱量?jī)?nèi)能熱力學(xué)第一定律及其對(duì)理想氣體等值過(guò)程的應(yīng)用絕熱過(guò)程卡諾循環(huán)氣體的摩爾熱容循環(huán)過(guò)程熱機(jī)效率可逆過(guò)凈功致冷系數(shù)熱力學(xué)第二定律及其統(tǒng)計(jì)意義程和不可逆過(guò)程第二部分熱力學(xué)一、基本概念1.熱力學(xué)系統(tǒng)： 固、液、氣態(tài)物質(zhì)外界：作用于熱力學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境2. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程:系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)（過(guò)程無(wú)限緩慢）3.四種特殊過(guò)程：等溫、等壓、等容、絕熱P2 ,V2 ,T2P1,V1,T14.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的P-V圖(1)用P-V坐標(biāo)系中的曲線代表狀態(tài)變化過(guò)程-準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程曲線上每一點(diǎn)代表一種狀態(tài)PI(P1 ,V1 ,T1 )II(P2 ,V2 ,T2 )oV（2）等溫過(guò)程

2、T1T2T2Pp1.T1.即T升高，曲線向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向移動(dòng)VVV12P（3）等壓過(guò)程pVV2V1V= c TP1V1 = P2V2 = c雙曲線PV =m RT = cM（4）等容（等體）過(guò)程PP2PVV（5）絕 熱 過(guò) 程 絕熱絕熱P小 絕熱 絕熱膨脹中PVTP大1P= c T特征：（1）系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。（2）P,V,T三量均改變PA等溫絕 熱 線與等溫線比較絕熱OV 陡! 在A點(diǎn)絕熱線比等溫線陡!二、功、內(nèi)能增量、熱量dx1、氣體作功（1）普遍情況當(dāng)氣缸中活塞移動(dòng)微小位移dx時(shí)，氣體所作的元功為：dA = Fdx = Psdx = pdVVA =2PdV系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2

3、，總功為：V1PSVA =2PPdV討論I(P1 ,V1 ,T1 )V1氣體作功通過(guò)體積變化而實(shí)現(xiàn)II(P2 ,V2 ,T2 )V , A 0V , A 0Q DE1,Q2 Q1 Q1（B） DE2（D） DE2= DE1,Q2 DE1,Q2 Q1 Q1(2012考題）PbcQ = DE + AaV例3： 一定量的理想氣體由a狀態(tài)經(jīng)過(guò)一過(guò)程到達(dá)b狀態(tài)， 吸熱為335J，系統(tǒng)對(duì)外做功為126J；若系統(tǒng)經(jīng)過(guò)另一過(guò) 程由a狀態(tài)到達(dá)b狀態(tài)，系統(tǒng)對(duì)外做功為42J，則過(guò)程中傳入系統(tǒng)的熱量為：A.530JB.167JC. 251JD. 335J(2013考題）提示：兩過(guò)程都是由a狀態(tài)到達(dá)b狀態(tài)，內(nèi)能增量相等

4、。Q = DE + AQ1 - A1= Q2- A2335 -126 = Q2 - 42正確答案是C。例4：在VT圖上，理想氣體經(jīng)如圖所示的狀態(tài)變化過(guò)程，則過(guò)程前后理想氣體的內(nèi)能ABC D減少，理想氣體在過(guò)程中對(duì)外作正功減少，理想氣體在過(guò)程中對(duì)外作負(fù)功增加，理想氣體在過(guò)程中對(duì)外作正功增加，理想氣體在過(guò)程中對(duì)外作負(fù)功V體積膨脹、溫度降低baT例5:如圖所示的三個(gè)過(guò)程，它們的初、終狀態(tài)相同，其中過(guò)程為絕熱過(guò)程，則ABC D過(guò)程吸熱為正，過(guò)程吸熱為負(fù)過(guò)程吸熱為負(fù)，過(guò)程吸熱為正過(guò)程、均吸熱為正P過(guò)程、均吸熱為負(fù)Q = DE + AOV例6： 有兩個(gè)相同的容器，一個(gè)盛有氦氣，另一個(gè)盛有氧氣（視為剛性分子

5、）開(kāi)始它們的壓強(qiáng)和溫度都相同，現(xiàn)將的熱量傳給氦氣，使之升高一定的溫度，如果使氧氣也升高同樣的溫度，則應(yīng)向氧氣傳遞熱量是(A)9J(B)15J(C)18J(D)6J“的熱量傳給氦氣”是什么過(guò)程？= mPVRTMRDT = 5 6 = 15Q(o ) = 5mm (He) =m (O )V222 MM 2mM3QV (He) = 9 = 2 M RDT 答：B例7:在室溫條件下，壓強(qiáng)、溫度、體積都相同的氮?dú)夂秃庠诘葔哼^(guò)程中吸收了相同的熱量，則它們對(duì)外作功之比為:A 5/9B 5/7m RDTC 1/1D 9/5A (N) = P(V-V ) =ADTDT P221MmN2=ARDT A (He)

6、 = P(V-V ) =HeP21M又即m (He) =m (NQP (N2 ) = QP (He) m ( i +1)RDT = m ( i +1)RDT)2MM= mMPVRTM2M2DTDT = 577m5mRDT RDT=2 M2 M答：B四、循環(huán)過(guò)程：系統(tǒng)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程叫循環(huán)過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。1. 循環(huán)過(guò)程的特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)循環(huán)一周，內(nèi)能不變（2）P-V圖上為一條閉合曲線熱機(jī)-正循環(huán)-順時(shí)針致冷機(jī)-逆循環(huán)-逆時(shí)針PbaDE=0正cVdPb逆a= 循環(huán)曲線包圍的面積（3） AcV凈d= Q吸 - Q放2. 熱機(jī)效率：3. 制冷系數(shù)：w =Q2Ah =A凈= 1-

7、Q放Q吸Q吸4.卡諾循環(huán)由兩等溫過(guò)程和兩絕熱過(guò)程組成P其熱機(jī)效率為aT1bd其制冷系數(shù)為cT2V0vvvv3142w = T2T1 - T2絕熱線h = 1- T2T1例7：理想氣體內(nèi)能不變的過(guò)程是ABCD絕熱過(guò)程和等溫過(guò)程循環(huán)過(guò)程和等容過(guò)程等溫過(guò)程和循環(huán)過(guò)程等容過(guò)程和絕熱過(guò)程例8：如果卡諾循環(huán)的循環(huán)曲線所包圍的面積從圖中的abcda增大為abcda，那么循環(huán)abcda與abcda所作的凈功和熱機(jī)效率變化情況是：（A） 凈功增大，效率提高。（B） 凈功增大，效率降低。P abbT1（C） 凈功和效率都不變。（D） 凈功增大，效率不變。T2dccVO 答：D例9:一定量的理想氣體，起始溫度為，體

8、積為后經(jīng)歷絕熱過(guò)程，體積變?yōu)樵俳?jīng)過(guò)等壓過(guò)程，溫度回升到起始溫度最后再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程回到起始狀態(tài)則在此循環(huán)過(guò)程中（A） 氣體從外界凈吸的熱量為負(fù)值（B） 氣體對(duì)外界凈作的功為正值。（C） 氣體從外界凈吸的熱量為正值（D） 氣體內(nèi)能減少aP提示：畫(huà)P-V圖逆循環(huán) (A)c?bVV2V五、熱力學(xué)第二定律（1）表述之一：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸取能量，使它完全變成有用功，而不產(chǎn)生其它影響。（開(kāi)爾文表述）等溫過(guò)程可使吸的熱全部用來(lái)對(duì)外作功,但它不是循環(huán)過(guò)程. 注意（2）表述之二：熱量不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。(克勞休斯表述) 注意借助于致冷機(jī)當(dāng)然可以把熱量由低溫物體傳遞到高溫

9、物體，但要以外界作功為代價(jià)。 熱力學(xué)第二定律的重大意義（1）熱機(jī) h 1（2）第二類永動(dòng)機(jī)不可能（3）揭示了自然界一條重要規(guī)律：即含熱現(xiàn)象的過(guò)程是不可逆的。某些過(guò)程只能沿單一方向進(jìn)行。六、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程可逆過(guò)程:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中,如果逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程的每一狀態(tài),而不引起其他變化.不可逆過(guò)程:在不引起其他變化的條件下,不能使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程的每一狀態(tài)但必然會(huì)引起其他變化.,或者雖然重復(fù)不可逆過(guò)程不是不能逆向進(jìn)行，而是說(shuō)當(dāng)過(guò)程逆向進(jìn)行時(shí)，逆過(guò)程在外界留下的痕跡不能將 原來(lái)正過(guò)程的痕跡完全消除。注意可逆過(guò)程是一種理想的極限，只能接近，絕不能真正達(dá)到。因?yàn)椋瑢?shí)際過(guò)程都是以有限的速度進(jìn)行，且在其中包含摩擦，粘滯，電阻等耗散因素，必然是不可逆的。經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)表明，自然界自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程都是不可逆的。.氣體的自由膨脹是不可逆的. . . . .例10：關(guān)于熱力學(xué)第二定