熱力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)ppt

1、P.2/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7熱力學(xué)熱力學(xué)分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論從現(xiàn)象中找規(guī)律從現(xiàn)象中找規(guī)律透過(guò)現(xiàn)象追本質(zhì)透過(guò)現(xiàn)象追本質(zhì)宏觀規(guī)律宏觀規(guī)律微觀機(jī)制微觀機(jī)制第9章 熱力學(xué)基礎(chǔ)9-1 狀態(tài)參量 平衡態(tài) 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 ： 描述氣體宏觀狀態(tài)的物理量。描述氣體宏觀狀態(tài)的物理量。體積體積V ：米米3（m3）注注：（：（1） 當(dāng)氣體分子大小不計(jì)時(shí)，氣體當(dāng)氣體分子大小不計(jì)時(shí)，氣體體積等于容器的容積。體積等于容器的容積。（2）標(biāo)準(zhǔn)狀況下（）標(biāo)準(zhǔn)狀況下（1atm，0oC），），1mol理理想氣體的體積為想氣體的體積為22.410-3m3/mol。2. 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p ： 垂直作用在容器壁單位面積上的垂直

2、作用在容器壁單位面積上的氣體壓力。氣體壓力。SFp Pa (帕斯卡帕斯卡) Pa = Nm-2 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 = 1.01325105Pa 注：注：p是大量氣體分子碰撞的結(jié)果。是大量氣體分子碰撞的結(jié)果。 3. 溫度溫度T ：溫度的數(shù)值表示法溫度的數(shù)值表示法 溫標(biāo)。溫標(biāo)。單位：?jiǎn)挝唬?，P.3/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7注：冰點(diǎn)為注：冰點(diǎn)為0 0o oC C，水三相點(diǎn)，水三相點(diǎn)( (氣態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的共存狀態(tài)固態(tài)的共存狀態(tài))273.16 K)273.16 K，絕對(duì)零度，絕對(duì)零度T T = 0 K = 0 K。4. 熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律測(cè)溫原理測(cè)溫原理

3、(thermal equilibrium)兩個(gè)物體互相熱接觸，經(jīng)過(guò)一段時(shí)兩個(gè)物體互相熱接觸，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后它們的宏觀性質(zhì)不再變化，即達(dá)間后它們的宏觀性質(zhì)不再變化，即達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。到了熱平衡狀態(tài)。(Zeroth law of thermodynamics)在不受外界影響的條件下，如果處在不受外界影響的條件下，如果處于確定狀態(tài)下的物體于確定狀態(tài)下的物體C分別與物體分別與物體A、B達(dá)到熱平衡，則物體達(dá)到熱平衡，則物體A和和B也必相互也必相互熱平衡。熱平衡。2. 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p ： 垂直作用在容器壁單位面積上的垂直作用在容器壁單位面積上的氣體壓力。氣體壓力。SFp Pa (帕斯卡帕斯卡) Pa = N

4、m-2 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 = 1.01325105Pa 注：注：p是大量氣體分子碰撞的結(jié)果。是大量氣體分子碰撞的結(jié)果。 3. 溫度溫度T ：溫度的數(shù)值表示法溫度的數(shù)值表示法 溫標(biāo)。溫標(biāo)。單位單位 攝氏溫標(biāo)和開(kāi)氏溫標(biāo)的關(guān)系：攝氏溫標(biāo)和開(kāi)氏溫標(biāo)的關(guān)系： t=T-273.15P.4/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7(Zeroth law of thermodynamics)在不受外界影響的條件下，如果處在不受外界影響的條件下，如果處于確定狀態(tài)下的物體于確定狀態(tài)下的物體C分別與物體分別與物體A、B達(dá)到熱平衡，則物體達(dá)到熱平衡，則物體A和和B也必相互也必相互熱平衡。熱平衡。(equili

5、brium status) 在不受外界影響（即系統(tǒng)與外界在不受外界影響（即系統(tǒng)與外界沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換）的條件下，沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換）的條件下，無(wú)論初始狀態(tài)如何，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)無(wú)論初始狀態(tài)如何，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)在經(jīng)充分長(zhǎng)時(shí)間后不再發(fā)生變化的狀在經(jīng)充分長(zhǎng)時(shí)間后不再發(fā)生變化的狀態(tài)。態(tài)。宏觀：系統(tǒng)各部分的溫度、壓強(qiáng)相同。宏觀：系統(tǒng)各部分的溫度、壓強(qiáng)相同。微觀：分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均效果不變。微觀：分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均效果不變。熱動(dòng)平衡熱動(dòng)平衡熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程 (thermodynamic process)： 熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。的過(guò)程。 實(shí)際過(guò)

6、程的中間態(tài)為非平衡態(tài)。實(shí)際過(guò)程的中間態(tài)為非平衡態(tài)。2. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程(approximate static process)： 狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。于平衡態(tài)。 平衡過(guò)程平衡過(guò)程理想過(guò)程！理想過(guò)程！P.5/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程 (thermodynamic process)： 熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。的過(guò)程。 實(shí)際過(guò)程的中間態(tài)為非平衡態(tài)。實(shí)際過(guò)程的中間態(tài)為非平衡態(tài)。2. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程

7、(approximate static process)： 狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。于平衡態(tài)。 平衡過(guò)程平衡過(guò)程理想過(guò)程！理想過(guò)程！ 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的過(guò)程曲線可以用準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的過(guò)程曲線可以用p-V圖來(lái)描述，圖上的每一點(diǎn)分別表示系圖來(lái)描述，圖上的每一點(diǎn)分別表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)。統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)。(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVO理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程0),(TVpf (idea gas)： (status equation of idea gas) 玻意爾定律表明：對(duì)

8、于一定質(zhì)量的氣體玻意爾定律表明：對(duì)于一定質(zhì)量的氣體pV 恒恒量量pV的乘積只決定于溫度且與溫度成正比：的乘積只決定于溫度且與溫度成正比：pVT取水的三相點(diǎn)為參考狀態(tài)（取水的三相點(diǎn)為參考狀態(tài)（p3，V3，T3）333pVTp VT其中其中33molmVVM3:molV摩爾體積P.6/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程0),(TVpf (idea gas)： (status equation of idea gas) 玻意爾定律表明：對(duì)于一定質(zhì)量的氣體玻意爾定律表明：對(duì)于一定質(zhì)量的氣體pV 恒恒量量質(zhì)量為質(zhì)量為m、摩爾質(zhì)量為、摩爾質(zhì)量為M的理的理想氣體狀

9、態(tài)方程。想氣體狀態(tài)方程。RTMmpV 1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，33molm104 .22V標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：K273.150TPa101.0132550p0mol0p VRT15.273104 .221001325. 135118.31 ()RJ molKpV的乘積只決定于溫度且與溫度成正比：的乘積只決定于溫度且與溫度成正比：pVT取水的三相點(diǎn)為參考狀態(tài)（取水的三相點(diǎn)為參考狀態(tài)（p3，V3，T3）333pVTp VT其中其中33molmVVM3:molV摩爾體積333mmolp VpVTMT3 33molpVRT令令P.7/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7熱力

10、學(xué)第一定律 內(nèi)能 功 熱量1、內(nèi)能、內(nèi)能 (internal energy)E 它包括了分子熱運(yùn)動(dòng)的它包括了分子熱運(yùn)動(dòng)的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)能量、化學(xué)能、原子能、核能振動(dòng)能量、化學(xué)能、原子能、核能.和分子間相互作用的勢(shì)能。和分子間相互作用的勢(shì)能。(不包括系不包括系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能)理想氣體的內(nèi)能：理想氣體的內(nèi)能： 理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，它是一個(gè)狀態(tài)量，只和始、末兩位置它是一個(gè)狀態(tài)量，只和始、末兩位置有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。)(TEE 內(nèi)能變化方式內(nèi)能變化方式做功做功熱傳遞熱傳遞2、功、功 (work) W活塞：熱

11、力學(xué)系統(tǒng)作功的裝置活塞：熱力學(xué)系統(tǒng)作功的裝置SFVp,dlVd熱力學(xué)系統(tǒng)的能量熱力學(xué)系統(tǒng)的能量改變熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)方式之一改變熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)方式之一注：只討論準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)體積注：只討論準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)體積發(fā)生變化時(shí)壓力所作的機(jī)械功發(fā)生變化時(shí)壓力所作的機(jī)械功體積功體積功P.8/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-72、功、功 (work) W活塞：熱力學(xué)系統(tǒng)作功的裝置活塞：熱力學(xué)系統(tǒng)作功的裝置dWFdlpSdlpdV21dVVVpWp-V圖圖(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V2dVSFVp,dlVd 氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)一個(gè)無(wú)摩擦氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)一個(gè)無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹過(guò)程，壓力對(duì)

12、外界的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹過(guò)程，壓力對(duì)外界所做的體積功為：所做的體積功為：系統(tǒng)的體積由系統(tǒng)的體積由V1變化到變化到V2時(shí)時(shí)（1）當(dāng)）當(dāng)dV0時(shí)，時(shí)，dW0， 系統(tǒng)對(duì)外界作正功。系統(tǒng)對(duì)外界作正功。（2）當(dāng)）當(dāng)dV0時(shí)，時(shí)，dW0 系統(tǒng)向外界放熱，系統(tǒng)向外界放熱，Q0 外界對(duì)系統(tǒng)作功，外界對(duì)系統(tǒng)作功，W0 系統(tǒng)向外界放熱，系統(tǒng)向外界放熱，Q0 外界對(duì)系統(tǒng)作功，外界對(duì)系統(tǒng)作功，W0系統(tǒng)對(duì)外界作功系統(tǒng)對(duì)外界作功逆循環(huán)（制冷機(jī)循環(huán)）：在逆循環(huán)（制冷機(jī)循環(huán)）：在p-V圖上圖上循環(huán)過(guò)程按循環(huán)過(guò)程按逆時(shí)針逆時(shí)針進(jìn)行進(jìn)行,W0外界對(duì)系統(tǒng)作功外界對(duì)系統(tǒng)作功6、循環(huán)過(guò)程作功特點(diǎn)：、循環(huán)過(guò)程作功特點(diǎn)：P.24/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱

13、力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-77、一個(gè)循環(huán)過(guò)程中的凈吸熱、一個(gè)循環(huán)過(guò)程中的凈吸熱設(shè)：設(shè)：吸QQ1系統(tǒng)吸熱之和系統(tǒng)吸熱之和放QQ2系統(tǒng)放熱之和系統(tǒng)放熱之和21QQ 凈Q根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：12QQQW凈凈8、熱機(jī)效率：、熱機(jī)效率：1100%21QQAaB為膨脹過(guò)程：為膨脹過(guò)程：Wa0，BbA為壓縮過(guò)程：為壓縮過(guò)程：Wb0，系統(tǒng)所作的凈功（總功）：系統(tǒng)所作的凈功（總功）：babaWWWWW凈pOVBAba結(jié)論：結(jié)論：在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)所作的凈功在數(shù)值上等于統(tǒng)所作的凈功在數(shù)值上等于p-V圖圖上循環(huán)曲線所包圍的面積。上循環(huán)曲線所包圍的面積。6、循環(huán)過(guò)程作

14、功特點(diǎn)：、循環(huán)過(guò)程作功特點(diǎn)：則：則：熱機(jī)把熱轉(zhuǎn)化為功的本領(lǐng)用效率衡量。熱機(jī)把熱轉(zhuǎn)化為功的本領(lǐng)用效率衡量。循環(huán)圖為規(guī)循環(huán)圖為規(guī)則圖形則圖形W凈凈=S循環(huán)圖為不規(guī)循環(huán)圖為不規(guī)則圖形則圖形or有絕有絕熱過(guò)程熱過(guò)程1100%WQ凈P.25/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-78、熱機(jī)效率：、熱機(jī)效率：1100%21QQ熱機(jī)把熱轉(zhuǎn)化為功的本領(lǐng)用效率衡量。熱機(jī)把熱轉(zhuǎn)化為功的本領(lǐng)用效率衡量。循環(huán)圖為規(guī)循環(huán)圖為規(guī)則圖形則圖形W凈凈=S循環(huán)圖為不規(guī)循環(huán)圖為不規(guī)則圖形則圖形or有絕有絕熱過(guò)程熱過(guò)程1100%WQ凈注注：（：（1）1,QQ吸放QQ2（2）一定要）一定要100%（3）循環(huán)效率通常都很?。┭h(huán)效率

15、通常都很小 （20%）。）。目的：目的：從理論上探索提高熱機(jī)效率的方法從理論上探索提高熱機(jī)效率的方法1824年，法國(guó)青年年，法國(guó)青年科學(xué)家卡諾（科學(xué)家卡諾（1796-1832）提出一種理）提出一種理想熱機(jī)，工作物質(zhì)想熱機(jī)，工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒定熱源只與兩個(gè)恒定熱源（一個(gè)高溫?zé)嵩?，（一個(gè)高溫?zé)嵩?，一個(gè)低溫?zé)嵩矗┙灰粋€(gè)低溫?zé)嵩矗┙粨Q熱量。整個(gè)循環(huán)換熱量。整個(gè)循環(huán)過(guò)程是由兩個(gè)絕熱過(guò)程是由兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等溫過(guò)過(guò)程和兩個(gè)等溫過(guò)程構(gòu)成，這樣的循程構(gòu)成，這樣的循環(huán)過(guò)程稱(chēng)卡諾循環(huán)。環(huán)過(guò)程稱(chēng)卡諾循環(huán)。 卡諾循環(huán)：卡諾循環(huán)：兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成這樣的熱機(jī)稱(chēng)為卡諾熱機(jī)。這樣

16、的熱機(jī)稱(chēng)為卡諾熱機(jī)?？ㄖZ循環(huán)的卡諾循環(huán)的p-V圖：圖：P.26/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7BC 和和 DA 過(guò)程：絕熱過(guò)程過(guò)程：絕熱過(guò)程0QAB 和和 CD過(guò)程：等溫過(guò)程過(guò)程：等溫過(guò)程 吸熱和放熱吸熱和放熱2111lnlnVVmmQRTRTMVMVBA吸3224lnlnVVmmQRTRTMVMVCD放23421121ln11lnTV VQQTV V 卡諾循環(huán)：卡諾循環(huán)：兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成卡諾循環(huán)的卡諾循環(huán)的p-V圖：圖：V3V1VpDABCV2V4T1T2OAB為等溫吸熱過(guò)程：為等溫吸熱過(guò)程：CD為等溫放熱過(guò)程：為等溫放熱過(guò)程：1112

17、23TVTV 142111VTVT4312VVVV卡諾循環(huán)效率：卡諾循環(huán)效率：211TT BC為絕熱過(guò)程：為絕熱過(guò)程：DA為絕熱過(guò)程：為絕熱過(guò)程：兩式相除兩式相除適用于卡諾循環(huán)適用于卡諾循環(huán)P.27/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7結(jié)論：結(jié)論：（1）卡諾循環(huán)的效率僅僅由兩熱源）卡諾循環(huán)的效率僅僅由兩熱源的溫度決定，與工質(zhì)無(wú)關(guān)。的溫度決定，與工質(zhì)無(wú)關(guān)。3224lnlnVVmmQRTRTMVMVCD放23421121ln11lnTV VQQTV V CD為等溫放熱過(guò)程：為等溫放熱過(guò)程：111223TVTV 142111VTVT4312VVVV卡諾循環(huán)效率：卡諾循環(huán)效率：BC為絕熱過(guò)程：為

18、絕熱過(guò)程：DA為絕熱過(guò)程：為絕熱過(guò)程：兩式相除兩式相除211TT 適用于卡諾循環(huán)適用于卡諾循環(huán)（2）兩熱源的溫度差越大，卡諾循）兩熱源的溫度差越大，卡諾循環(huán)的效率越大。實(shí)際過(guò)程中常采用提環(huán)的效率越大。實(shí)際過(guò)程中常采用提高高溫?zé)嵩吹臏囟葋?lái)提高循環(huán)效率。高高溫?zé)嵩吹臏囟葋?lái)提高循環(huán)效率。（3）卡諾循環(huán)是目前效率最高的循環(huán)）卡諾循環(huán)是目前效率最高的循環(huán)作業(yè)：作業(yè)： 輔輔P175 3, 輔輔 P176 6 （同書(shū)（同書(shū)P45 9-17），書(shū)），書(shū) P44 9-16, 9-19 例題：書(shū)例題：書(shū) P31 9-6,書(shū)書(shū) P32 9-7（同輔（同輔P176 7），輔），輔 P176 4P.28/69熱力學(xué)基礎(chǔ)

19、熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7如圖所示，如圖所示，abcdaabcda為為一摩爾單原子分子理想氣體的循環(huán)一摩爾單原子分子理想氣體的循環(huán)過(guò)程。圖中過(guò)程。圖中V V2 22V2V1 1，p p2 22p2p1 1，p p1 1和和V V1 1作為已知值，求：（作為已知值，求：（1）在這一循）在這一循環(huán)過(guò)程中氣體從外界吸收的熱量；環(huán)過(guò)程中氣體從外界吸收的熱量； （ 2）循環(huán)效率。循環(huán)效率。 O V p a b c d 2P 1P 1V 2V 1,211 122211 1()()35()()2235()()22132abbcV mbap mcbbacbQQQmmCTTCTTMMmmR TTR TTMMp

20、 VpVp Vp VPV=21211 1()()WPP VVPV凈 1 111 12W210015.4%13132PVQPV凈解：解：ab為等體吸熱過(guò)程：為等體吸熱過(guò)程：,()abV mbamQCTTMbc為等壓吸熱過(guò)程：為等壓吸熱過(guò)程：,()bcp mcbmQCTTM（1）凈功）凈功P.29/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7一定量理想氣體經(jīng)歷了某一定量理想氣體經(jīng)歷了某一循環(huán)過(guò)程，其中一循環(huán)過(guò)程，其中AB和和CD是等壓過(guò)是等壓過(guò)程，程，BC和和DA是絕熱過(guò)程。已知是絕熱過(guò)程。已知B點(diǎn)點(diǎn)和和C點(diǎn)的狀態(tài)溫度分別為點(diǎn)的狀態(tài)溫度分別為T(mén)B和和TC ，求，求此循環(huán)效率。此循環(huán)效率。解：解：CD

21、ABp1p2pVOAB為等壓吸熱過(guò)程：為等壓吸熱過(guò)程：)(m,1ABpTTCMmQ)(m,2DCpTTCMmQ則則121QQABDCTTTT1 AB、CD為等壓過(guò)程，故為等壓過(guò)程，故AABBVTVTDDCCVTVT BC、DA為絕熱過(guò)程，故為絕熱過(guò)程，故11DDAAVTVT11CCBBVTVTADBCTTTT1111AACCCBBBAABBTTTTTTTTTTTT BCTT1CD為等壓放熱過(guò)程：為等壓放熱過(guò)程：ADCBTTTT兩式相除兩式相除P.30/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7 3.2 10 -2 kg氧氣作氧氣作ABCD循循環(huán)過(guò)程。環(huán)過(guò)程。AB和和C D都為等溫過(guò)程，都為等溫

22、過(guò)程，設(shè)設(shè)T1=300K，T2=200K，V2 =2V1。求循求循環(huán)效率。環(huán)效率。DABCT1=300KT2=200KV2V1VpO解：解： AB為等溫吸熱過(guò)程：為等溫吸熱過(guò)程：211lnABVmQRTMVDA為等體吸熱過(guò)程：為等體吸熱過(guò)程：125()2DAmQR TTM125()2BCmQR TTMBC等體放熱過(guò)程：等體放熱過(guò)程：CD等溫放熱過(guò)程：等溫放熱過(guò)程：221lnCDVmQRTMV211100%QQ21221211215()ln215ln()2VmmR TTRTMMVVmmRTR TTMVM %155100200ln2215300ln21002 P.31/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2

23、022-2-79.7 熱力學(xué)第二定律和不可逆過(guò)程熱力學(xué)第二定律和不可逆過(guò)程 卡諾定理卡諾定理一切熱力學(xué)過(guò)程都滿足熱力學(xué)第一定一切熱力學(xué)過(guò)程都滿足熱力學(xué)第一定律，那么滿足熱力學(xué)第一定律的任意律，那么滿足熱力學(xué)第一定律的任意過(guò)程都能實(shí)現(xiàn)嗎？過(guò)程都能實(shí)現(xiàn)嗎？一、自然過(guò)程的方向性一、自然過(guò)程的方向性1、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象：、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象：熱量自動(dòng)地從高溫物熱量自動(dòng)地從高溫物體傳遞給低溫物體，但相反的過(guò)程，即體傳遞給低溫物體，但相反的過(guò)程，即熱量自動(dòng)地從低溫物體傳遞給高溫物體熱量自動(dòng)地從低溫物體傳遞給高溫物體卻不可能實(shí)現(xiàn)。卻不可能實(shí)現(xiàn)。2、功變熱現(xiàn)象：、功變熱現(xiàn)象：轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪因摩擦而轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪因摩擦而停止，機(jī)械能

24、因作功而轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。但停止，機(jī)械能因作功而轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。但相反的過(guò)程，即靜止的飛輪由于變冷而相反的過(guò)程，即靜止的飛輪由于變冷而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)是不可能實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)是不可能實(shí)現(xiàn)的。3、自由膨脹：、自由膨脹：隔板分為左右兩半，左隔板分為左右兩半，左邊儲(chǔ)有一定量的氣體，右邊為真空。抽邊儲(chǔ)有一定量的氣體，右邊為真空。抽去隔板氣體自動(dòng)向真空膨脹，但氣體決去隔板氣體自動(dòng)向真空膨脹，但氣體決不會(huì)自動(dòng)地收縮到容器的左邊去，而另不會(huì)自動(dòng)地收縮到容器的左邊去，而另一半變?yōu)檎婵?。一半變?yōu)檎婵铡?、擴(kuò)散過(guò)程：、擴(kuò)散過(guò)程：容器內(nèi)用隔板將兩種容器內(nèi)用隔板將兩種 不同的氣體分成兩部分，抽去隔板，不同的氣體分成兩部分，抽去隔板，兩

25、種氣體自動(dòng)的發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，但兩種氣體自動(dòng)的發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，但相反的過(guò)程，即均勻混合的兩種氣相反的過(guò)程，即均勻混合的兩種氣體自動(dòng)地分離是不可能的。體自動(dòng)地分離是不可能的?？赡孢^(guò)程：可逆過(guò)程： 設(shè)在某一過(guò)程設(shè)在某一過(guò)程 P 中，系統(tǒng)從狀中，系統(tǒng)從狀態(tài)態(tài) A變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)B 。如果能使系統(tǒng)進(jìn)。如果能使系統(tǒng)進(jìn)行逆向變化，從狀態(tài)行逆向變化，從狀態(tài) B 回復(fù)到初狀回復(fù)到初狀態(tài)態(tài) A ，而且在回復(fù)到初態(tài)，而且在回復(fù)到初態(tài) A 時(shí)，周時(shí)，周?chē)囊磺幸捕几髯曰謴?fù)原狀，過(guò)程圍的一切也都各自恢復(fù)原狀，過(guò)程P就稱(chēng)為可逆過(guò)程。就稱(chēng)為可逆過(guò)程。 可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程?？赡孢^(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。 如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀

26、態(tài)如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)A，或者雖能回復(fù)到初態(tài)或者雖能回復(fù)到初態(tài)A，但周?chē)?，但周?chē)磺胁荒芑謴?fù)原狀，那么過(guò)程切不能恢復(fù)原狀，那么過(guò)程P稱(chēng)為稱(chēng)為不可逆過(guò)程。不可逆過(guò)程。不可逆過(guò)程：不可逆過(guò)程：P.32/69熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 2022-2-7 一個(gè)系統(tǒng)在沒(méi)有外界的作用下，一個(gè)系統(tǒng)在沒(méi)有外界的作用下，自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程?？赡鏅C(jī)：可逆機(jī)：能產(chǎn)生可逆循環(huán)過(guò)程的機(jī)器。能產(chǎn)生可逆循環(huán)過(guò)程的機(jī)器。不可逆機(jī)不可逆機(jī)：不能產(chǎn)生可逆循環(huán)過(guò)程的機(jī)器。不能產(chǎn)生可逆循環(huán)過(guò)程的機(jī)器?？赡孢^(guò)程：可逆過(guò)程： 設(shè)在某一過(guò)程設(shè)在某一過(guò)程 P 中，系統(tǒng)從狀中，系統(tǒng)從狀態(tài)態(tài) A變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)B 。如果能使系統(tǒng)進(jìn)。如果能使系統(tǒng)進(jìn)行逆向變化，從狀態(tài)行逆向變化，從狀態(tài) B 回復(fù)到初狀回復(fù)到初狀態(tài)態(tài) A ，而且在回復(fù)到初態(tài)，而且在回復(fù)到初態(tài) A 時(shí)，周時(shí)，周?chē)囊磺幸捕几髯曰謴?fù)原狀，過(guò)程圍的一切也都各自恢復(fù)原狀，過(guò)程P就稱(chēng)為可逆過(guò)程。就稱(chēng)為可逆過(guò)程。 可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程。 如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)如果系統(tǒng)不能回復(fù)到原狀態(tài)A，或者雖能回復(fù)到初態(tài)或者雖能回復(fù)到初態(tài)A，但周?chē)唬車(chē)磺胁荒芑謴?fù)原狀，那么過(guò)程切不能恢復(fù)原狀，那么過(guò)程P稱(chēng)為稱(chēng)