物理熱力學(xué)第一定律知識點(diǎn)歸納總結(jié)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載物理熱力學(xué)第一定律知識點(diǎn)歸納總結(jié)第二講熱力學(xué)第一定律§ 2.1 改變內(nèi)能的兩種方式熱力學(xué)第一定律2 1 1、作功和傳熱作功可以改變物體的內(nèi)能。如果外界對系統(tǒng)作功W。作功前后系統(tǒng)的內(nèi)能分別為、，則有沒有作功而使系統(tǒng)內(nèi)能改變的過程稱為熱傳遞或稱傳熱。它是物體之間存在溫度差而發(fā)生的轉(zhuǎn)移內(nèi)能的過程。在熱傳遞中被轉(zhuǎn)移的內(nèi)能數(shù)量稱為熱量，用Q 表示。傳遞的熱量與內(nèi)能變化的關(guān)系是做功和傳熱都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能，但兩者存在實(shí)質(zhì)的差別。作功總是和一定宏觀位移或定向運(yùn)動相聯(lián)系。是分子有規(guī)則運(yùn)動能量向分子無規(guī)則運(yùn)動能量的轉(zhuǎn)化和傳遞；傳熱則是基于溫度差而引起的分子無規(guī)則運(yùn)動能量從高溫物體向低溫

2、物體的傳遞過程。2 1 2、氣體體積功的計算1、準(zhǔn)靜態(tài)過程一個熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，要經(jīng)歷一個過程，當(dāng)系統(tǒng)由某一平衡態(tài)開始變化，狀態(tài)的變化必然要破壞平衡，在過程進(jìn)行中的任一間狀態(tài)，系統(tǒng)一定不處于平衡態(tài)。如當(dāng)推動活塞壓縮氣缸中的氣體時，氣體的體積、溫度、壓強(qiáng)均要發(fā)生變化。在壓縮氣體過程中的任一時刻，氣缸中的氣體各部分的壓強(qiáng)和溫度并不相同，在靠近活塞的氣體壓強(qiáng)要大一些，溫度要高一些。在熱力學(xué)中，為了能利用系統(tǒng)處于平衡態(tài)的性質(zhì)來研究過程的規(guī)律，我們引進(jìn)準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念。如果在過程進(jìn)行中的任一時刻系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生的實(shí)際過程非常緩慢地進(jìn)行時， 各時刻的狀態(tài)也就非常接近平衡態(tài)， 過程就成了準(zhǔn)靜態(tài)過程。

3、因此，準(zhǔn)靜態(tài)過程就是實(shí)際過程非常緩慢進(jìn)行時的極限情況對于一定質(zhì)量的氣體，其準(zhǔn)靜態(tài)過程可用圖、圖、圖上的一條曲線來表示。注意，只有準(zhǔn)靜態(tài)過程才能這樣表示。2、功在熱力學(xué)中，一般不考慮整體的機(jī)械運(yùn)動。熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，總是通過做功或熱傳遞或兩者兼施并用而完成的。在力學(xué)中，功定義為力與位移這兩個矢量的標(biāo)積。在熱力學(xué)中，功的概念要廣泛得多，除機(jī)械功外，主要的有：流體體積變化所作的功；表面張力的功；電流的功。(1) 機(jī)械功有些熱力學(xué)問題中，應(yīng)考慮流體的重力做功。如圖2-1-1 所示，一直立的高2h 的封閉圓筒，被一水平隔板 C 分成體積皆為V 的兩部分。 其中都充有氣體，A 的密度較小， B 的密度

4、較大?，F(xiàn)將隔板抽走，使 A 、B 氣體均勻混合后，重力對氣體做的總功為學(xué)習(xí)必備歡迎下載(2)流體體積變化所做的功我們以氣體膨脹為例。設(shè)有一氣缸，其中氣體的壓強(qiáng)為P，活塞的面積S(圖2-1-2) 。當(dāng)活塞緩慢移動一微小距離時，在這一微小的變化過程中，認(rèn)為壓強(qiáng)P 處處均勻而且不變，因此是個準(zhǔn)靜態(tài)過程。氣體對外界所作的元功，外界 (活塞 ) 對氣體做功，當(dāng)氣體膨脹時 0，外界對氣體做功W 0；氣體壓縮時0，外界對氣體做功W0。如圖 2-1-3 所示的 A 、B 是兩個管狀容器，除了管較粗的部分高低不同之外，其他一切全同。將兩容器抽成真空，再同時分別插入兩個水銀池中，水銀沿管上升。大氣壓強(qiáng)皆為 P，進(jìn)

5、入管中水銀體積皆為V ，所以大氣對兩池中水銀所做功相等，但由于克服重力做功A 小于所以 A 管中水銀內(nèi)能增加較多，其溫度應(yīng)略高。準(zhǔn)靜態(tài)過程可用p-V 圖上一條曲線來表示，功值 W 為 p-V 圖中過程曲線下的面積，當(dāng)氣體被壓縮時B ，W 0。反之 W0。如圖 2-1-4 所示的由 A 態(tài)到 B 態(tài)的三種過程，氣體都對外做功，由過程曲線下的面積大小可知： ACB 過程對外功最大， AB 次之， ADB 的功最小。由此可知，在給定系統(tǒng)的初態(tài)和終態(tài)，并不能確定功的數(shù)值。功是一個過程量，只有當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化經(jīng)歷一個過程，才可能有功；經(jīng)歷不同的過程，功的數(shù)值一般而言是不同的。(3)表面張力的功長為液

6、面因存在表面張力而有收縮趨勢，2 l 的力作用在BC 邊上 。 要使要加大液面就得作功。BC 移動距離 x，則外力設(shè)想一沾有液膜的鐵絲框 F 作的功為ABCD (圖 2-1-5) 。W=Fx=2 l x= S。式中 為表面張力系數(shù)， 指表面上單位長度直線兩側(cè)液面的相互拉力，S 指BC移動中液膜兩個表面面積的總變化。外力克服表面張力的功轉(zhuǎn)變?yōu)橐耗さ谋砻婺堋Ｓ纱丝梢?，作功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，也是兩者的能量相互交換的一種方式。這種能量交換的方式是通過宏觀的有規(guī)則運(yùn)動來完成的。我們把機(jī)械功、電磁功等統(tǒng)稱為宏觀功。學(xué)習(xí)必備歡迎下載2 1 3、熱力學(xué)第一定律當(dāng)系統(tǒng)與外界間的相互作用既有做功又有

7、熱傳遞兩種方式時，設(shè)系統(tǒng)在初態(tài)的內(nèi)能，經(jīng)歷一過程變?yōu)槟B(tài)的內(nèi)能，令。在這一過程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量為Q，外界對系統(tǒng)做功為W，則 E=W+Q 。式中各量是代數(shù)量，有正負(fù)之分。系統(tǒng)吸熱Q0，系統(tǒng)放熱Q 0；外界做功W0，系統(tǒng)做功 W0；內(nèi)能增加E0，內(nèi)能減少 E0。熱力學(xué)第一定律是普遍的能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。2 1 4、熱量當(dāng)一個熱力學(xué)系統(tǒng)與溫度較高的外界熱接觸時，熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度會升高，其內(nèi)能增加，狀態(tài)發(fā)生了變化。在這個狀態(tài)變化的過程中， 是外界把一部分內(nèi)能傳遞給了該系統(tǒng)， 我們就說系統(tǒng)從外界吸收了熱量。如果系統(tǒng)與外界沒有通過功來交換能量，系統(tǒng)從外界吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就

8、增加多少。熱量是過程量。做功和傳遞熱量都可以使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，但它們本質(zhì)上是有區(qū)別的，做功是通過物體的宏觀位移來完成的，是通過有規(guī)則的運(yùn)動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運(yùn)動之間的轉(zhuǎn)換，從而使系統(tǒng)的內(nèi)能有所改變；傳遞熱量是通過分子之間的相互作用來完成的，是系統(tǒng)外物體分子無規(guī)則運(yùn)動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運(yùn)動之間的傳遞，從而使系統(tǒng)的內(nèi)能有所改變。為了區(qū)別起見，我們把熱量傳遞叫做微觀功。2 1 5、氣體的自由膨脹氣體向真空的膨脹過程稱為氣體的自由膨脹。氣體自由膨脹時，沒有外界阻力，所以外界不對氣體做功 W=0 ；由于過程進(jìn)行很快，氣體來不及與外界交換熱量，可看成是絕熱過程Q=0 ；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體絕熱

9、自由膨脹后其內(nèi)能不變，即E=0 。如果是理想氣體自由膨脹，其內(nèi)能不變，氣體溫度也不會變化，即T=0 ；如果是離子氣體自由膨脹，雖內(nèi)能不變，但分子的平均斥力勢能會隨著體積的增大而減小，分子的平均平動動能會增加，從而氣體溫度會升高， 即T0；如果是存在分子引力的氣體自由膨脹后，其內(nèi)能不變， 但平均分子引力勢能會增大，分子平均平動動能會減小，氣體溫度會降低，即T0。例 1、絕熱容器 A 經(jīng)一閥門與另一容積比 A 的容積大得多的絕熱容器 B 相連。開始時閥門關(guān)閉，兩容器中盛有同種理想氣體，溫度均為 30， B 中氣體的壓強(qiáng)是 A 中的兩倍?，F(xiàn)將閥門緩慢打開，直至壓強(qiáng)相等時關(guān)閉。 問此時容器A 中氣體的

10、溫度為多少？假設(shè)在打開到關(guān)閉閥門的過程中處在A 中的氣體與處在B中的氣體之間無熱交換。已知每摩爾該氣體的內(nèi)能為E=2.5RT。分析：因?yàn)?B 容器的容積遠(yuǎn)大于A 的容積， 所以在題述的過程中，B 中氣體的壓強(qiáng)和溫度均視為不變。B 容器內(nèi)部分氣體進(jìn)入A 容器，根據(jù)題設(shè)，A 容器內(nèi)氣體是個絕熱過程。外界(B 容器的剩余氣體)對 A 氣體做功等于其內(nèi)能的增量，從而求出A 氣體的最終溫度。解：設(shè)氣體的摩爾質(zhì)量為M，A 容器的體積V，打開閥門前，氣體質(zhì)量為m，壓強(qiáng)為 p，溫度為 T。打開閥門又關(guān)閉后，A 中氣體壓強(qiáng)為2p，溫度為，質(zhì)量為，則有，進(jìn)入A氣體質(zhì)量，設(shè)這些氣體處在B容器中時所占體積為。為把這些

11、氣體壓入A 容器， B 容器中其他氣體對這些氣體做的功為。 A 中氣體內(nèi)能的變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律有學(xué)習(xí)必備歡迎下載例 2、一根長為76cm的玻璃管， 上端封閉， 插入水銀中。 水銀充滿管子的一部分。封閉體積內(nèi)有空氣， 如 圖 2-1-6 所 示 ， 大 氣 壓 為 76cmHg?？諝獾哪柖ㄈ轃崛萘浚?dāng)玻璃管溫度降低10時，求封閉管內(nèi)空氣損失的熱量。分析：取封閉在管內(nèi)的空氣為研究對象，為求出空氣在降溫過程中的放熱，關(guān)鍵是確定空氣在降溫過程中遵循的過程方程。由于管內(nèi)空氣壓強(qiáng) p 等于大氣壓強(qiáng)與管內(nèi)水銀柱壓強(qiáng)之差，因管長剛好 76cm，故 P 與空氣柱高度成正比，即封閉氣體的壓強(qiáng)與其體積成正比

12、。隨著溫度降低，管內(nèi)水銀柱上升，空氣的壓強(qiáng)與體積均減小，但仍保持正比關(guān)系。解：設(shè)在降溫過程中管內(nèi)封閉空氣柱的高度為h，水銀柱高度為，則。管內(nèi)封閉空氣的壓強(qiáng)為式中 為水銀密度，上式表明，在降溫過程中，空氣的壓強(qiáng)p 與空氣柱高度h 成正比，因管粗細(xì)均勻，故p 與空氣體積V 成正比，即V這就是管內(nèi)封閉空氣在降溫過程中所遵循的過程方程?？諝庠诖诉^程中的摩爾熱容量。本題也可直接由熱力學(xué)第一定律求解，關(guān)鍵要求得空氣膨脹做功。由題給數(shù)據(jù)，可分析得空氣對水銀柱做功是線性力做功的情形。§2.2 熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用2 2 1、等容過程氣體等容變化時， 有恒量，而且外界對氣體做功。根據(jù)熱力學(xué)第

13、一定律有E=Q 。在等容過程中，氣體吸收的熱量全部用于增加內(nèi)能，溫度升高；反之，氣體放出的熱量是以減小內(nèi)能為代價的，溫度降低。學(xué)習(xí)必備歡迎下載式中。2 2 1、等壓過程氣體在等壓過程中，有恒量，如容器中的活塞在大氣環(huán)境中無摩擦地自由移動。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知：氣體等壓膨脹時，從外界吸收的熱量Q，一部分用來增加內(nèi)能，溫度升高，另一部分用于對外作功；氣體等壓壓縮時，外界對氣體做的功和氣體溫度降低所減少的內(nèi)能，都轉(zhuǎn)化為向外放出的熱量。且有定壓摩爾熱容量與定容摩爾熱容量的關(guān)系有。該式表明：1mol 理想氣體等壓升高 1K 比等容升高 1k 要多吸熱 8.31J，這是因?yàn)?1mol 理想氣體等壓膨脹溫

14、度升高 1K 時要對外做功 8.31J 的緣故。2 2 3、等溫過程氣體在等溫過程中，有pV=恒量。例如，氣體在恒溫裝置內(nèi)或者與大熱源想接觸時所發(fā)生的變化。理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以理想氣體在等溫過程中內(nèi)能不變，即E=0，因此有Q=-W 。即氣體作等溫膨脹，壓強(qiáng)減小，吸收的熱量完全用來對外界做功；氣體作等溫壓縮，壓強(qiáng)增大，外界的對氣體所做的功全部轉(zhuǎn)化為對外放出的熱量。2 2 4、絕熱過程氣體始終不與外界交換熱量的過程稱之為絕熱過程，即Q=0 。例如用隔熱良好的材料把容器包起來，或者由于過程進(jìn)行得很快來不及和外界發(fā)生熱交換，這些都可視作絕熱過程。理想氣體發(fā)生絕熱變化時，p、V、T 三量會同

15、時發(fā)生變化，仍遵循恒量。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因 Q=0 ，有這表明氣體被絕熱壓縮時，外界所作的功全部用來增加氣體內(nèi)能，體積變小、溫度升高、壓強(qiáng)增大；氣體絕熱膨脹時，氣體對外做功是以減小內(nèi)能為代價的，此時體積變大、溫度降低、壓強(qiáng)減小。氣體絕熱膨脹降溫是液化氣體獲得低溫的重要方法。例： 0.020kg 的氦氣溫度由 17升高到 27。若在升溫過程中，體積保持不變，壓強(qiáng)保持不變；不與外界交換熱量。試分別求出氣體內(nèi)能的增量，吸收的熱量，外界對氣體做的功。氣體的內(nèi)能是個狀態(tài)量，且僅是溫度的函數(shù)。在上述三個過程中氣體內(nèi)能的增量是相同的且均為： 等容過程中， 在等壓過程中學(xué)習(xí)必備歡迎下載 在絕熱過程中，1m

16、ol 溫度為 27的氦氣，以的定向速度注入體積為15L 的真空容器中，容器四周絕熱。求平衡后的氣體壓強(qiáng)。平衡后的氣體壓強(qiáng)包括兩部分：其一是溫度27，體積15L 的2mol 氦氣的壓強(qiáng)；其二是定向運(yùn)動轉(zhuǎn)向?yàn)闊徇\(yùn)動使氣體溫度升高T所導(dǎo)致的附加壓強(qiáng)p。即有氦氣定向運(yùn)動的動能完全轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能的增量：2 2 5、其他過程理想氣體的其他過程，可以靈活地運(yùn)用下列關(guān)系處理問題。氣態(tài)方程：熱力學(xué)第一定律：功： W=±(-V圖中過程曲線下面積)過程方程：由過程曲線的幾何關(guān)系找出過程的PV關(guān)系式。若某理想氣體經(jīng)歷V-T 圖中的雙曲線過程，其過程方程為：VT=C或者2 2 6、絕熱過程的方程絕熱過程的狀態(tài)

17、方程是其中2 2 7、循環(huán)過程系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列過程又回到原來狀態(tài)的過程，稱為循環(huán)過程。熱機(jī)循環(huán)過程在P-V 圖上是一根順時針繞向的閉合曲線(如圖 2-2-1) 。系統(tǒng)經(jīng)過循環(huán)過程回到原來狀態(tài)，因此E=0。由圖可見， 在 ABC 過程中， 系統(tǒng)對外界作正功，在 CDA 過程中， 外界對系統(tǒng)作正功。在熱機(jī)循環(huán)中，學(xué)習(xí)必備歡迎下載系統(tǒng)對外界所作的總功：(P-V 圖中循環(huán)曲線所包圍的面積)而且由熱力學(xué)第一定律可知：在整個循環(huán)中系統(tǒng)繞從外界吸收的熱量總和，必然大于放出的熱量總和，而且熱機(jī)效率表示吸收來的熱量有多少轉(zhuǎn)化為有用的功，是熱機(jī)性能的重要標(biāo)志之一，效率的定義為 1例 1一臺四沖程內(nèi)燃

18、機(jī)的壓縮比r=9.5，熱機(jī)抽出的空氣和氣體燃料的溫度為27，在 larm=壓強(qiáng)下的體積為，如圖 2-2-2 所示，從 1 2是絕熱壓縮過程；2 3混合氣體燃爆，壓強(qiáng)加倍；從 34活塞外推，氣體絕熱膨脹至體積；這是排氣閥門打開， 壓強(qiáng)回到初始值larm(壓縮比是氣缸最大與最小體積比， 是比熱容比 )。 (1) 確定狀態(tài) 1、 2、 3、 4的壓強(qiáng)和溫度； (2)求此循環(huán)的熱效率。分析：本題為實(shí)際熱機(jī)的等容加熱循環(huán)奧托循環(huán)。其熱效率取決于壓縮比。解：對于絕熱過程，有恒量，結(jié)合狀態(tài)方程，有恒量。(1)狀態(tài) 1，得，在狀態(tài) 3，用絕熱過程計算狀態(tài)4，由得,。(2)熱效率公式中商的分母是23過程中的吸熱

19、， 這熱量是在這一過程中燃燒燃料所獲得的。因?yàn)樵谶@一過程中體積不變，不做功，所以吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加，即，轉(zhuǎn)化為功的有用能量是 2 3過程吸熱與 4 1過程放熱之差：熱效率為：學(xué)習(xí)必備歡迎下載絕熱過程有：,因?yàn)?故,而因此。熱效率只依賴于壓縮比， =59.34%，實(shí)際效率只是上述結(jié)果的一半稍大些，因?yàn)榇罅康臒崃亢纳⒘?，沒有參與循環(huán)。§ 2-3 熱力學(xué)第二定律2 3 1、卡諾循環(huán)物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列的變化過程又回到初始狀態(tài)，這樣的周而復(fù)始的變化過程為循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。在 P-V 圖上，物質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)過程用一個閉合的曲線表示。經(jīng)歷一個循環(huán)，回到初始狀態(tài)時，內(nèi)能不變。利用物質(zhì)系統(tǒng)

20、(稱為工作物 )持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)換為功的裝置叫做熱機(jī)。在循環(huán)過程中，使工作物從膨脹作功以后的狀態(tài)，再回到初始狀態(tài)，周而復(fù)始進(jìn)行下去，并且必而使工作物在返回初始狀態(tài)的過程中，外界壓縮工作物所作的功少于工作物在膨脹時對外所做的功，這樣才能使工作物對外做功。獲得低溫裝置的致冷機(jī)也是利用工作物的循環(huán)過程來工作的，不過它的運(yùn)行方向與熱機(jī)中工作物的循環(huán)過程相反?？ㄖZ循環(huán)是在兩個溫度恒定的熱源之間工作的循環(huán)過程。我們來討論由平衡過程組成的卡諾循環(huán)，工作物與溫度為的高溫?zé)嵩唇佑|是等溫膨脹過程。同樣， 與溫度為的低溫?zé)嵩唇佑|而放熱是等溫壓縮過程。因?yàn)楣ぷ魑镏慌c兩個熱源交換能量，所以當(dāng)工作物脫離兩熱源時所進(jìn)行的過

21、程，必然是絕熱的平衡過程。如圖2-3-1所示，在理想氣體卡諾循環(huán)的P-V 圖上，曲線ab 和 cd 表示溫度為和的兩條等溫線，曲線bc 和 da 是兩條絕熱線。我們先討論以狀態(tài)a為始點(diǎn)， 沿閉合曲線abcda 所作的循環(huán)過程。在 abc 的膨脹過程中，氣體對外做功是曲線 abc 下面的面學(xué)習(xí)必備歡迎下載積，在 cda 的壓縮過程中， 外界對氣體做功是曲線 cda 下面的面積。氣體對外所做的凈功就是閉合曲線abcda 所圍面積，氣體在等溫膨脹過程ab 中，從高溫?zé)嵩次鼰?，氣體在等溫 壓 縮 過 程cd 中 ， 向 低 溫 熱 源 放 熱。 應(yīng) 用 絕 熱 方 程和得所以卡諾熱機(jī)的效率我們再討論理

22、想氣體以狀態(tài)a 為始點(diǎn)，沿閉合曲線adcba 所分的循環(huán)過程。顯然，氣體將從低溫?zé)嵩次崃?，又接受外界對氣體所作的功W ，向高溫?zé)嵩磦鳠?。由于循環(huán)從低溫?zé)嵩次鼰?，可?dǎo)致低熱源的溫度降得更快，這就是致冷機(jī)可以致冷的原理。致冷機(jī)的功效常用從低溫?zé)嵩粗形鼰岷退牡耐夤 的比值來量度， 稱為致冷系數(shù)， 即有一卡諾致冷機(jī)，從溫度為 -10的冷藏室吸取熱量，而向溫度為，對卡諾致冷機(jī)而言，20的物體放出熱量。設(shè)該致冷機(jī)所。耗功率為 15kW，問每分鐘從冷藏室吸取的熱量是多少？令，則。每分鐘作功，所以每分鐘從冷藏室中吸熱2 3 2、熱力學(xué)第二定律。表述 1：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機(jī)，只從一個熱源吸取

23、熱量，使之全部變?yōu)橛杏玫墓?，而其他物體不發(fā)生任何變化。表述 2：熱量不可能自動地從低溫物體轉(zhuǎn)向高溫物體。在表述 1中，我們要特別注意“循環(huán)動作”幾個字，如果工作物進(jìn)行的不是循環(huán)過程，如氣體作等溫膨脹，那么氣體只使一個熱源冷卻作功而不放出熱量便是可能的。 該敘述反映了熱功轉(zhuǎn)換的一種特殊規(guī)律，并且表述 1與表述 2具有等價性。我們用反證法來證明兩者的等價性。學(xué)習(xí)必備歡迎下載假設(shè)表述1不成立，亦即允許有一循環(huán)E 可以從高溫?zé)嵩慈〉脽崃?，并全部轉(zhuǎn)化為功W。這樣我們再利用一個逆卡諾循環(huán)口接受E 所作功W(=) ，使它從低溫?zé)嵩慈〉脽崃浚敵鰺崃拷o高溫?zé)嵩础，F(xiàn)在把這兩個循環(huán)總的看成一部復(fù)合致冷機(jī)，其總的結(jié)

24、果是，外界沒有對他做功而它卻把熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o了高溫?zé)嵩?。這就說明，如果表述1不成立，則表述 2也不成立。反之，也可以證明如果表述2不成立，則表述 1也必然不成立。試證明在 P-V 圖上兩條絕熱線不能相交。假定兩條絕熱線與在P-V 圖上相交于一點(diǎn)A，如圖 2-3-2 所示?，F(xiàn)在，在圖上再畫一等溫線，使它與兩條絕熱線組成一個循環(huán)。這個循環(huán)只有一個單熱源，它把吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，?=1，并使周圍沒有變化。顯然，這是違反熱力學(xué)第二定律的，因此兩條絕熱線不能相交。2 3 3、卡諾定理設(shè)有一過程，使物體從狀態(tài)A 變到狀態(tài)B 。對它來說，如果存在另一過程，它不僅使物體進(jìn)行反向變化，從狀態(tài)B 回復(fù)到

25、狀態(tài)A ，而且當(dāng)物體回復(fù)到狀態(tài)A 時，周圍一切也都各自回復(fù)到原狀，則從狀態(tài)進(jìn)行到狀態(tài)B 的過程是個可逆過程。反之，如對于某一過程，不論經(jīng)過怎樣復(fù)雜曲折的方法都不能使物體和外界恢復(fù)到原來狀態(tài)而不引起其他變化，則此過程就是不可逆過程。氣體迅速膨脹是不可逆過程。氣缸中氣體迅速膨脹時，活塞附近氣體的壓強(qiáng)小于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)。設(shè)A氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)為P，氣體迅速膨脹微小體積 V，則氣體所作的功W ，小于pV。然后，將氣體壓回原來體積，活塞附近氣體的壓強(qiáng)不能小于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)，外界所作的功不能小于pV。因此，迅速膨脹后，我們雖然可以將氣體壓縮，使它回到原來狀態(tài)，但外界多作功；功將增加氣體的內(nèi)能，而后以熱量形式釋

26、放。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，我們不能通過循環(huán)過程再將這部分熱量全部變?yōu)楣?；所以氣體迅速膨脹的過程是不可逆過程。只有當(dāng)氣體膨脹非常緩慢，活塞附近的壓強(qiáng)非常接近于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)p 時，氣體膨脹微小體積V 所作的功恰好等于p V，那么我們才能非常緩慢地對氣體作功p V，將氣體壓回原來體積。所以，只有非常緩慢的亦即平衡的膨脹過程，才是可逆的膨脹過程。同理，只有非常緩慢的亦即平衡的壓縮過程，才是可逆的壓縮過程。在熱力學(xué)中，過程的可逆與否和系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)是否平衡密切相關(guān)。實(shí)際的一切過程都是不可逆過程?？ㄖZ循環(huán)中每個過程都是平衡過程，所以卡諾循環(huán)是理想的可逆循環(huán)卡諾定理指出：(1)在同樣高溫 (溫度為)

27、和低溫 (溫度為)之間工作的一切可逆機(jī)，不論用什么工作物，效率都等于。 (2)在同樣高低溫度熱源之間工作的一切不可逆機(jī)的效率，不可能高于可逆機(jī)，即。下面我們給予證明。學(xué)習(xí)必備歡迎下載設(shè)高溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩?，一卡諾理想可逆機(jī)E 與另一可逆機(jī)，在此兩熱源之間工作，設(shè)法調(diào)節(jié)使兩熱機(jī)可作相等的功W ?，F(xiàn)使兩機(jī)結(jié)合，由可逆機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰嵯虻蜏責(zé)嵩捶艧?，其效率?？赡鏅C(jī)所作功 W 恰好提供給卡諾機(jī)E，而使 E 逆向進(jìn)行，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)嵩捶艧?，其效率為。我們用反證法，先設(shè)。由此得，即。當(dāng)兩機(jī)一起運(yùn)行時，視他們?yōu)橐徊繌?fù)合機(jī)，結(jié)果成為外界沒有對這復(fù)合機(jī)作功，而復(fù)合機(jī)卻能將熱量從低溫?zé)嵩此椭粮邷責(zé)嵩?，違反了熱力學(xué)第二定律。所以不可能。 反之，使卡諾機(jī)E 正向運(yùn)行， 而使可逆機(jī)逆行運(yùn)行， 則又可證明為不可能， 即只有=才成立，也就是說在相同的和兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆機(jī)，其效率均為。如果用一臺不可逆機(jī)來代替上面所說的。按同樣方法可以證明為不可能，即只有。由于是不可逆機(jī)， 因此無法證明。所以結(jié)論是，即在相同和的兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的不可逆機(jī)，它的效