大學(xué)物理第五版ch7.7-7.11

第7章熱力學(xué)基礎(chǔ)本章內(nèi)容：7.5理想氣體的內(nèi)能和CV，CP7.6第一定律對(duì)理想氣體典型準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中應(yīng)用7.7絕熱過(guò)程7.4準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功和熱量的計(jì)算7.11卡諾循環(huán)卡諾定理7.1熱力學(xué)的研究對(duì)象和研究方法7.2平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程7.3功熱量?jī)?nèi)能熱力學(xué)第一定律7.8循環(huán)過(guò)程7.9熱力學(xué)第二定律7.10可逆與不可逆過(guò)程7.8循環(huán)過(guò)程7.8.1循環(huán)過(guò)程1.循環(huán)過(guò)程:系統(tǒng)的狀態(tài)經(jīng)歷一系列的變化后又回到了原來(lái)狀態(tài)。熱力學(xué)特性凈熱量特征總吸熱總放熱AB(1)Q與A指凈熱量和凈功.(2)凈功A在P-V

圖上為封閉曲線面積值.(4)循環(huán)過(guò)程最少由三個(gè)單一過(guò)程組成.說(shuō)明：(3)通過(guò)循環(huán)過(guò)程使熱功轉(zhuǎn)換持續(xù)成為可能.（1）正循環(huán)(P-V圖順時(shí)針)(2)

逆循環(huán)(P-V圖逆時(shí)針)（系統(tǒng)對(duì)外作功）（外界對(duì)系統(tǒng)作功）正循環(huán)也稱為熱機(jī)循環(huán)逆循環(huán)也稱為致冷循環(huán)2Q1Q2abVpO1··12Q1Q2abVpO··

7.8循環(huán)過(guò)程2.

循環(huán)過(guò)程分類7.8.2循環(huán)效率

（熱機(jī)效率和致冷系數(shù)）（正循環(huán)）熱機(jī)效率：（逆循環(huán)）致冷系數(shù)：熱機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩粗吕錂C(jī)高溫?zé)嵩?/p>

7.8循環(huán)過(guò)程熱機(jī)循環(huán)示意圖

7.8循環(huán)過(guò)程

7.8循環(huán)過(guò)程小結(jié)：一、熱機(jī)效率（正循環(huán)）（計(jì)算題重點(diǎn)）二、致冷系數(shù)（逆循環(huán)）解一用1423例11mol氦氣經(jīng)過(guò)如圖所示的循環(huán)過(guò)程，其中

,求熱機(jī)的效率.

由理想氣體物態(tài)方程得

7.8循環(huán)過(guò)程1423

7.8循環(huán)過(guò)程解二用1423

7.8循環(huán)過(guò)程解例2

1mol單原子分子理想氣體循環(huán)過(guò)程如圖所示，

ab

是等溫過(guò)程。

此循環(huán)效率求ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）

ab是等溫膨脹過(guò)程bc是等壓壓縮過(guò)程Cp=5R/2Tc=300Kca是等體升壓過(guò)程Tb=600K循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)吸熱：循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)放熱：此循環(huán)效率：或用ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）1.

開爾文說(shuō)法（熱與功的轉(zhuǎn)換）：

不可能制成一種循環(huán)工作熱機(jī)，它只從一個(gè)熱源吸取熱量,使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，?duì)外不產(chǎn)生其它影響。熱力學(xué)第二定律的提出1.

功熱轉(zhuǎn)換的條件第一定律無(wú)法說(shuō)明.

2.

熱傳導(dǎo)的方向性、氣體自由膨脹的不可逆性問(wèn)題第一定律無(wú)法說(shuō)明.

一、熱力學(xué)第二定律的兩種表述

7.9熱力學(xué)第二定律第二類永動(dòng)機(jī)：?jiǎn)螣嵩囱h(huán)的熱機(jī)若熱機(jī)效率能達(dá)到100%,則僅地球上的海水冷卻1℃,所獲得的功就相當(dāng)于1014t

煤燃燒后放出的熱量。地球熱機(jī)Q1A

說(shuō)明(1)

吸收的熱量可以轉(zhuǎn)化為功（熱機(jī)）。(2)

單一過(guò)程吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)化為功（等溫膨脹）,循環(huán)過(guò)程不行。

(3)熱力學(xué)第二定律開爾文表述的另一敘述形式:第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。

7.9熱力學(xué)第二定律(4)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述實(shí)際上表明了：2.

克勞修斯說(shuō)法（熱傳遞方向）：不可能把熱量從低溫傳向高溫物體而不引起其它變化。熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。

說(shuō)明(1)熱量可以從低溫物體傳向高溫物體(致冷機(jī))，外界要發(fā)生變化。各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭蒸汽機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)

7.9熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律的兩種表述等價(jià)證明（略）

1.

開爾文說(shuō)法（熱與功的轉(zhuǎn)換）不可能制成一種循環(huán)工作熱機(jī)，它只從一個(gè)熱源吸取熱量,使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，?duì)外不產(chǎn)生其它影響。

熱力學(xué)第二定律（過(guò)程進(jìn)行方向）2.

克勞修斯說(shuō)法（熱傳遞方向）：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。小結(jié)：(3)

熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)際上表明了：

7.9熱力學(xué)第二定律反證法用熱力學(xué)第二定律證明：在p-V

圖上任意兩條絕熱線不可能相交。例證abc絕熱線等溫線設(shè)兩絕熱線相交于c

點(diǎn)，在兩絕熱線上尋找溫度相同的兩點(diǎn)a、b。在ab間作一條等溫線，

abca構(gòu)成一循環(huán)過(guò)程。在此循環(huán)過(guò)程中VpO這就構(gòu)成了從單一熱源吸收熱量的熱機(jī)。這是違背熱力學(xué)第二定律的開爾文表述的。因此任意兩條絕熱線不可能相交。

7.9熱力學(xué)第二定律7.10可逆與不可逆過(guò)程一、概念準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦過(guò)程為可逆過(guò)程

若系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程，而過(guò)程的每一步都可沿相反的方向進(jìn)行，同時(shí)不引起外界的任何變化，這個(gè)過(guò)程就稱為可逆過(guò)程。1.

可逆過(guò)程：

如對(duì)于某一過(guò)程，用任何方法都不能使系統(tǒng)和外界恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，或回到原狀態(tài)要產(chǎn)生其他影響，該過(guò)程就是不可逆過(guò)程。

2.

不可逆過(guò)程：非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程為不可逆過(guò)程二、熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)

熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的.無(wú)序有序自發(fā)非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體

熱傳導(dǎo)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)

7.10可逆與不可逆過(guò)程7.11卡諾循環(huán)卡諾定理7.11.1卡諾循環(huán)構(gòu)成：由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成。

熱機(jī)效率

pVabC

d絕熱線

等溫線

放熱

吸熱

對(duì)bc﹑da應(yīng)用絕熱過(guò)程方程，則有結(jié)論:1.卡諾循環(huán)需要高溫和低溫兩個(gè)熱源.2.只與高低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān).3.提高的途徑為提高或降低.由知

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