第八章熱力學(xué)定律

第八章熱力學(xué)定律本章學(xué)習(xí)提要1．理解熱力學(xué)第一定律，知道熱力學(xué)第一定律反映了系統(tǒng)內(nèi)能的變化和系統(tǒng)通過(guò)做功及傳熱過(guò)程與外界交換的能量之間的關(guān)系。初步會(huì)用熱力學(xué)第一定律分析理想氣體的一些過(guò)程，以及生活和生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。2．知道熱力學(xué)第二定律的表述。知道熵是描寫系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。熱力學(xué)的兩個(gè)基本定律是能量守恒定律和熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)第二定律表述了熱力學(xué)過(guò)程的不可逆性，即孤立系統(tǒng)自發(fā)地朝著熱力學(xué)平衡方向——最大熵狀態(tài)——演化。這兩個(gè)定律都是通過(guò)對(duì)自然界和生活、生產(chǎn)實(shí)際的觀察、思考、分析、實(shí)驗(yàn)而得到的，這也是我們學(xué)習(xí)這兩條基本定律應(yīng)采取的方法。

人類的進(jìn)步是與對(duì)蘊(yùn)藏在物質(zhì)內(nèi)部能量的認(rèn)識(shí)和利用密切相關(guān)的。熱力學(xué)定律為更好地設(shè)計(jì)和制造熱機(jī)、更好地開發(fā)和利用能源指明了方向。隨著生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐的發(fā)展，人們逐步領(lǐng)悟到有效利用能源的意義，懂得遵循科學(xué)規(guī)律的重要性，從而更自覺(jué)地抵制違背科學(xué)規(guī)律的行為。A熱力學(xué)第一定律一、學(xué)習(xí)要求理解熱力學(xué)第一定律。初步會(huì)用熱力學(xué)第一定律分析理想氣體的一些過(guò)程，以及生活和生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。我們應(yīng)聚焦于熱力學(xué)第一定律的構(gòu)建過(guò)程，理解它既包括內(nèi)能的轉(zhuǎn)換，也遵循能量守恒定律。這一定律是通過(guò)對(duì)自然界以及生活和生產(chǎn)實(shí)際的深入觀察、思考、分析和實(shí)驗(yàn)而得出的自然界中最基本、最普遍的定律之一。通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律，我們能體會(huì)到它在科學(xué)史上的重要地位，并感受到它對(duì)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的巨大影響。二、要點(diǎn)辨析1．熱力學(xué)第一定律的含義和表式熱力學(xué)第一定律涉及到能量的轉(zhuǎn)化和能量守恒兩個(gè)方面。內(nèi)能是物質(zhì)內(nèi)部大量微觀粒子無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)所具有的能量形式。一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)的內(nèi)能變化是由它與外部環(huán)境進(jìn)行能量交換的結(jié)果，而這種能量交換可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：做功和熱傳遞。熱力學(xué)第一定律揭示了系統(tǒng)內(nèi)能變化(ΔU)與系統(tǒng)與外部環(huán)境交換的功(W)和熱量(Q)之間的定量關(guān)系。ΔU＝Q＋W。2．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題時(shí)，要注意各物理量正、負(fù)號(hào)的含義當(dāng)熱力學(xué)第一定律表示為ΔU＝Q＋W時(shí)，ΔU為正值，表示系統(tǒng)內(nèi)能增加；負(fù)值表示系統(tǒng)內(nèi)能減小。Q為正值，表示外界向系統(tǒng)傳熱；負(fù)值表示系統(tǒng)向外界傳熱、W為正值，表示外界對(duì)系統(tǒng)做功；負(fù)值表示系統(tǒng)對(duì)外界做功。3．熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用可利用熱力學(xué)第一定律對(duì)一定質(zhì)量理想氣體的一些典型的變化過(guò)程（如等壓過(guò)程、等容過(guò)程、等溫過(guò)程等）進(jìn)行分析，了解這些過(guò)程中內(nèi)能的變化以及與外界的功和熱的交換情況。在分析中，主要根據(jù)如下兩點(diǎn)。（1）一定質(zhì)量理想氣體內(nèi)能的變化可通過(guò)（絕對(duì)）溫度的變化來(lái)判斷；而（絕對(duì)）溫度的變化又可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程（EQ\F(pV,T)＝常量），通過(guò)pV值的變化來(lái)判斷。（2）一定質(zhì)量理想氣體與外界交換的功在數(shù)值上等于它的p-V圖線與V軸所圍的面積，且體積增大時(shí)，氣體對(duì)外界做功；體積減小時(shí)，外界對(duì)氣體做功。已知內(nèi)能的變化以及做功情況，再由熱力學(xué)第一定律便可判斷系統(tǒng)與外界之間熱量的交換情況。三、例題分析【示例1】一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過(guò)不同過(guò)程分別到達(dá)狀態(tài)b、c、d、e，它們的p-V圖如圖所示，其中ab是等容過(guò)程，ac是絕熱過(guò)程（與外界無(wú)熱量交換），ad是等溫過(guò)程，ae是等壓過(guò)程。問(wèn)（l）氣體溫度的變化可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程由pV的變化判定。因?yàn)閎、c點(diǎn)處的pV（l）氣體溫度的變化可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程由pV的變化判定。因?yàn)閎、c點(diǎn)處的pV值比a點(diǎn)處的小；d處的pV值與a點(diǎn)處的相同；e處的pV值比a點(diǎn)處的大，而pV是與氣體的（絕對(duì)）溫度成正比，所以過(guò)程ac、ab中溫度降低；ad中不變；ae中升高。（2）氣體內(nèi)能的變化可根據(jù)溫度的變化判定。從上面的結(jié)果可知，過(guò)程ac、ab中內(nèi)能減少；ad中不變；ae中增加。（3）氣體做功的情況可從它的p-V圖線與V軸所圍面積的大小判定，功昀正負(fù)號(hào)可從氣體體積的變化判定。體積增加時(shí)，氣體對(duì)外界做功；體積減小時(shí)，外界對(duì)氣體做功。因此，過(guò)程ac、ad、ae中氣體對(duì)外做功；其中ae做功最大，ad次之，ac最小。過(guò)程ab中氣體不對(duì)外界做功。（4）氣體與外界交換熱量的情況可根據(jù)熱力學(xué)第一定律：Q＝ΔU－W，由內(nèi)能的變化及做功的情況判定。對(duì)于過(guò)程ab，W＝0，ΔU＜0，所以Q＜0，即氣體向外界放熱。ac是絕熱過(guò)程，所以Q＝0，與外界無(wú)熱量交換。對(duì)于ad，W＜0，ΔU＝0，所以Q＞0；對(duì)于ae，W＜0，ΔU＞0，所以Q＞0，可見(jiàn)在過(guò)程ad、ae中，氣體都從外界吸收熱量。（1）哪些過(guò)程氣體的溫度升高？哪些不變？哪些降低？（2）哪些過(guò)程氣體的內(nèi)能增加？哪些不變？哪些降低？（3）哪些過(guò)程氣體對(duì)外做功？哪些功大？哪些功??？（4）哪些過(guò)程氣體與外界有熱量交換？是從外界吸收熱量，還是向外界放出熱量？【解答】（l）氣體溫度的變化可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程由pV的變化判定。因?yàn)閎、c點(diǎn)處的pV值比a點(diǎn)處的小；d處的pV值與a點(diǎn)處的相同；e處的pV值比a點(diǎn)處的大，而pV是與氣體的（絕對(duì)）溫度成正比，所以過(guò)程ac、ab中溫度降低；ad中不變；ae中升高。（2）氣體內(nèi)能的變化可根據(jù)溫度的變化判定。從上面的結(jié)果可知，過(guò)程ac、ab中內(nèi)能減少；ad中不變；ae中增加。（3）氣體做功的情況可從它的p-V圖線與V軸所圍面積的大小判定，功昀正負(fù)號(hào)可從氣體體積的變化判定。體積增加時(shí)，氣體對(duì)外界做功；體積減小時(shí)，外界對(duì)氣體做功。因此，過(guò)程ac、ad、ae中氣體對(duì)外做功；其中ae做功最大，ad次之，ac最小。過(guò)程ab中氣體不對(duì)外界做功。（4）氣體與外界交換熱量的情況可根據(jù)熱力學(xué)第一定律：Q＝ΔU－W，由內(nèi)能的變化及做功的情況判定。對(duì)于過(guò)程AB,W=0,ΔU<0,因此Q<0,即氣體向外界放熱。在過(guò)程AC中，W<0,ΔU=0,所以Q=0,與外界無(wú)熱量交換。在過(guò)程AD中，W<0,ΔU>0,因此Q>0;在過(guò)程AE中，W<0,ΔU>0,所以Q>0。由此可見(jiàn)，在過(guò)程AD和AE中，氣體都從外界吸收熱量。【探討】熱力學(xué)第一定律涉及三個(gè)變量(ΔU、W、Q),因此可以根據(jù)已知的兩個(gè)變量求解第三個(gè)變量。為了獲得這兩個(gè)變量的信息，我們需要運(yùn)用其他知識(shí)，如溫度與內(nèi)能的關(guān)系、理想氣體狀態(tài)方程、氣體所做的功以及p-V圖線與V軸所圍成的面積等。【示例2】汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)）的工作由吸氣、壓縮、做功、排氣等四個(gè)過(guò)程循環(huán)往復(fù)完成，如圖所示。解：設(shè)等容過(guò)程為$V_{1}\toV_{2}$,等壓過(guò)程為$V_{2}\toV_{3}\toV_{4}\toV_{5}$.

由題意，知$W_{1}=0$,$W_{2}=0$,$W_{3}=-P_{1}V_{3}$,$W_{4}=-P_{2}V_{4}$,$W_{5}=P_{2}V_{5}$.

$\thereforeW=W_{3}+W_{4}+W_{5}=(-P_{1}+P_{2})(V_{3}+V_{4}+V_{5})$.

$\becauseV_{1}=0.1m^{3}$,$V_{2}=0.2m^{3}$,$p_{1}=1.2\times10^{5}Pa$,$p_{2}=2.4\times10^{5}Pa$,

$\therefore$在等容過(guò)程中，氣體的體積從$V_{1}$增加到$V_{2}$,其壓強(qiáng)不變，故由查理定律可得$N_{1}=\dfrac{P_{1}V_{1}}{V_{2}}=\dfrac{1.2\times10^{5}\times0.1}{0.2}=6\times10^{4}(N)$.

在等壓過(guò)程中，氣體的體積從$V_{2}$減少到$V_{3}$,其壓強(qiáng)從$p_{2}$增加到$p_{1}$,故由查理定律可得$N_{2}=\dfrac{P_{2}V_{2}}{V_{3}}=\dfrac{2.4\times10^{5}\times0.2}{V_{3}}$,

$N_{3}=\dfrac{P_{1}V_{3}}{V_4}=\dfrac{1.2\times10^{5}\timesV_3}{V_4}$,$N_{4}=\dfrac{P_2V_4}{V_5}=\dfrac{2.4\times10^{5}\timesV_4}{V_5}$.

$\becauseN_i=\dfrac{P_i}{RT}$,$\therefore$由蓋呂薩克定律可得$\DeltaT=\dfrac{P_i}{RT}=\dfrac{\DeltaP}{\rhoR}$.

$\therefore$在等容過(guò)程中，氣體的溫度從$T_2$增加到$T_3$,其壓強(qiáng)不變，故由理想氣體狀態(tài)方程可得$\DeltaN_i=\DeltaL_i+\DeltaW_i$.

即$\DeltaN_3-\DeltaN_2=\DeltaL_3-\DeltaL_2+\DeltaW_3-\DeltaW_2$.

將上述各量代入上式，可得$\DeltaN_3-\DeltaN_2=(P_1-P_2)V_3=(1.2\times10^5-2.4\times10^5)V_3=-1.2\times10^5V_3$.

又$\because\DeltaL_3-\DeltaL_2=\DeltaN_3-\DeltaN_2=-1.2\times10^5V_3$,$\DeltaW_3-\DeltaW_2=-(P_1+P_2)V_3=-(1.2\times10^5+2.4\times10^5)V_3=-3.6\times10^5V_3$,【解答】當(dāng)氣體從初始狀態(tài)$a$開始，經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)過(guò)程后回到原來(lái)的狀態(tài)，其內(nèi)能保持不變，即$\DeltaU=0$。在這個(gè)過(guò)程中，只有兩個(gè)等壓過(guò)程段($bc$和$da$)與外界發(fā)生了功的交換。

在$bc$過(guò)程中，氣體的體積膨脹，因此氣體對(duì)外界做了負(fù)功：$W_{bc}=-p^2(V_2-V_1)$;

在$da$過(guò)程中，氣體的體積被壓縮，所以外界對(duì)氣體做了正功：$W_{da}=p_1(V_2-V_1)$。

因此，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中的總功為這兩個(gè)負(fù)功和正功的和，即：

$W=W_{bc}+W_{da}=-p^2(V_2-V_1)+p_1(V_2-V_1)=(p_1-p^2)(V_2-V_1)$。W＝Wbc＋Wda＝－p2（V2－V1）＋p1（V2－V1）＝－（p2－p1）（V2－V1）。代入數(shù)據(jù)，得W＝－1.2×104J，其中負(fù)號(hào)表示這一循環(huán)過(guò)程中氣體對(duì)外做了功。循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的熱量由熱力學(xué)第一定律可知，為Q＝ΔU－W＝1.2×104J?！居懻摗繌膱D中可以看出，(p2-p1)(V2-V1)在數(shù)值上等于過(guò)程abcda的P-V圖線所圍成的面積。循環(huán)過(guò)程的總效果是從外界吸收熱量Q,同時(shí)向外界輸出相同數(shù)值的功，使系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)。這簡(jiǎn)要描述了熱機(jī)的工作過(guò)程(將熱能轉(zhuǎn)化為功)。

如果將圖中表示過(guò)程進(jìn)行方向的箭頭反向，其結(jié)果也可以進(jìn)行類似的討論。四、基本訓(xùn)練若只對(duì)氣體加熱，而不讓氣體膨脹，氣體的內(nèi)能將如何變化？若不向氣體傳遞熱量，而要?dú)怏w向外做功，氣體的內(nèi)能又將如何變化？?jī)?nèi)能增加；內(nèi)能減小內(nèi)能增加；內(nèi)能減小空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過(guò)程中，活塞對(duì)空氣做了600J的功，空氣的內(nèi)能增加了450J。在此過(guò)程中，是氣體從外界吸收還是放出了熱量？吸收或放出的熱量是多少放出了150J熱量？放出了150J熱量柴油機(jī)或汽油機(jī)的壓縮沖程時(shí)間極短，可認(rèn)為此過(guò)程中氣體與外界沒(méi)有熱交換（故稱為“絕熱壓縮過(guò)程”）。如果活塞在此過(guò)程中做功600J，問(wèn)缸中氣體的內(nèi)能有何變化增加了600J？增加了600J下列過(guò)程中氣體的內(nèi)能將如何變化？（1）只對(duì)氣體加熱，而不讓氣體膨脹； （2）不向氣體傳熱，而對(duì)氣體壓縮；（3）不向氣體傳熱，而讓氣體膨脹； （4）讓氣體放熱，同時(shí)對(duì)氣體壓縮（1）可能，只要同時(shí)對(duì)外做等量的功（即－W＝Q（1）可能，只要同時(shí)對(duì)外做等量的功（即－W＝Q）；（2）可能，只要同時(shí)向外放出等量的熱（即－Q＝W）；（3）不可能，因?yàn)镼＋W＝ΔU＝0，Q＝0，則W＝0；（4）不可能，因?yàn)镼＋W＝ΔU＝0，Q＜0，則W＝－Q＞0對(duì)于一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)，下列情況哪些可能發(fā)生？哪些不可能發(fā)生？說(shuō)明之。（l）吸收熱量，而不改變內(nèi)能；（2）對(duì)外做負(fù)功，而不改變內(nèi)能；（3）不吸收熱量，只對(duì)外做功，而不改變內(nèi)能；（4）既放出熱量，又對(duì)外做功，而不改變內(nèi)能，對(duì)于一個(gè)質(zhì)量確定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，下面的說(shuō)法哪些不一定正確？為什么？（l）當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)能增加時(shí)，它的溫度一定升高（1）不一定正確，物態(tài)改變時(shí)，內(nèi)能有變化，但溫度不變。這種說(shuō)法只對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體系統(tǒng)成立；（2）正確？？？；（3）不一定正確，若同時(shí)對(duì)外做功，它的內(nèi)能也可能不變或減??；（4）不一定正確，若同時(shí)從外界吸熱，它的內(nèi)能也可能不變或增加。（1）不一定正確，物態(tài)改變時(shí)，內(nèi)能有變化，但溫度不變。這種說(shuō)法只對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體系統(tǒng)成立；（2）正確？？？；（3）不一定正確，若同時(shí)對(duì)外做功，它的內(nèi)能也可能不變或減??；（4）不一定正確，若同時(shí)從外界吸熱，它的內(nèi)能也可能不變或增加。（2）當(dāng)系統(tǒng)的溫度升高時(shí)，它的內(nèi)能一定增加；（3）吸熱過(guò)程中，它的內(nèi)能一定增加；（4）膨脹過(guò)程中，它的內(nèi)能一定減小。一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能增加時(shí)，下面的判斷哪些是正確的？哪些是不正確的？說(shuō)明之。（1）若是定容（體積不變）過(guò)程，則氣體必然向外界放出熱量（1）不正確，因W＝0，Q（1）不正確，因W＝0，Q＝ΔU＞0，所以要吸熱；（2）正確，因W＜0，Q＝ΔU－W＞0；（3）不正確，因Q＝0，W＝ΔU＞0，所以要外界對(duì)氣體做功，氣體體積被壓縮；（4）正確，因Q＜0，W＝ΔU－Q＞0。（2）若體積增加，則氣體必然從外界吸收熱量；（3）若是絕熱（與外界隔熱）過(guò)程，則氣體的體積必然增加；（4）若是放熱過(guò)程，則氣體的體積必然減小。如圖所示，一定質(zhì)量理想氣體的三個(gè)不同的過(guò)程a、b、c中，氣體對(duì)外做的功各是多少過(guò)程a中輸出的功為500J；過(guò)程c中為0；過(guò)程b中為－300J？過(guò)程a中輸出的功為500J；過(guò)程c中為0；過(guò)程b中為－300J在過(guò)程_壓縮_中，理想氣體的溫度升高，在過(guò)程_膨脹_中，理想氣體的溫度降低；在過(guò)程_做功_中，理想氣體的內(nèi)能增加，在過(guò)程_熱傳遞_中，理想氣體的內(nèi)能減?。辉谶^(guò)程_絕熱壓縮_中，理想氣體從外界吸收熱量，在過(guò)程_絕熱膨脹_中，理想氣體向外界放出熱量。如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過(guò)一個(gè)由如下三個(gè)過(guò)程所組成的循環(huán)過(guò)程：（1）定容過(guò)程ab，壓強(qiáng)從p2降低到p1；（2）等壓過(guò)程bc，體積從V1膨脹到V2；（3）過(guò)程ca中，體積從V2壓縮到V1，壓強(qiáng)從p1增加到p2。設(shè)p1＝1.0×107Pa，p2＝3.0×107Pa，V1＝0.1m3，V2＝0.25m3。問(wèn)（1）W＝－5.25×105（1）W＝－5.25×105J，即系統(tǒng)對(duì)外界做功（2）Q＝5.25×105J，即系統(tǒng)從外界吸熱（1）在此過(guò)程中，系統(tǒng)與外界是否交換了功？是系統(tǒng)對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)系統(tǒng)做了功？（2）在此過(guò)程中，系統(tǒng)與外界是否有熱交換？是系統(tǒng)向外界放出了熱，還是從外界吸收了熱？熱空氣上升，因此高空的氣溫似乎要比地面高，但實(shí)際情況正好相反，怎樣解釋這個(gè)現(xiàn)象？（提示：在直徑可達(dá)千米以上的氣團(tuán)上升的過(guò)程中，其邊緣部分與外界的熱交換對(duì)整個(gè)氣團(tuán)狀態(tài)的影響可忽略不計(jì)上升時(shí)氣團(tuán)膨脹，推擠周圍的空氣，對(duì)外做功，所以內(nèi)能減小，溫度降低）上升時(shí)氣團(tuán)膨脹，推擠周圍的空氣，對(duì)外做功，所以內(nèi)能減小，溫度降低在保持壓強(qiáng)不變的條件下，與在體積不變的情況下，將相同質(zhì)量的氣體升高至相同溫度時(shí)，它從外部吸收的熱量是否相同？如果不同，那么在哪種情況下吸收的熱量較多？根據(jù)以上分析結(jié)果，你認(rèn)為初中物理課程中關(guān)于物質(zhì)比熱容概念的討論應(yīng)該如何進(jìn)行調(diào)整？為了討論熱機(jī)吸收熱量對(duì)外做功的過(guò)程，有些書中常常將熱力學(xué)第一定律的公式表示為：Q＝ΔU＋W（1）系統(tǒng)從外界所吸收的熱量等于該系統(tǒng)的內(nèi)能的增量與它對(duì)外界所做的功之和（2）按照本題中熱力學(xué)第一定律的公式表示，Q、W（1）系統(tǒng)從外界所吸收的熱量等于該系統(tǒng)的內(nèi)能的增量與它對(duì)外界所做的功之和（2）按照本題中熱力學(xué)第一定律的公式表示，Q、W、ΔU的正負(fù)號(hào)應(yīng)作如下規(guī)定：Q＞0吸熱，Q＜0放熱；W＞0系統(tǒng)對(duì)外界做功，W＜0外界對(duì)系統(tǒng)做功；ΔU＞0內(nèi)能增加，ΔU＜0內(nèi)能減小。（1）請(qǐng)你用文字表述該式；（2）與你的文字表述相應(yīng)，式中的Q、W、ΔU的正、負(fù)號(hào)應(yīng)做怎樣規(guī)定？B熱力學(xué)第二定律熵一、學(xué)習(xí)要求知道熱力學(xué)第二定律、熵。知道熱力學(xué)第二定律的三種表述方式，知道熵是描寫系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。通過(guò)自然界中顯示宏觀過(guò)程方向性的典型事例，認(rèn)識(shí)熱力學(xué)第二定律的幾種表述方式；領(lǐng)悟到有效利用能源的意義，懂得遵循科學(xué)規(guī)律的重要性，更自覺(jué)地抵制違背科學(xué)規(guī)律的行為。二、要點(diǎn)辨析1．熱力學(xué)第二定律的三種表述方式（1）不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。（克勞修斯表述）（2）不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他變化。（開爾文表述）（3）任何過(guò)程中所有參與者的總熵必然要么增加，要么不變。（熵增加原理）這三種表述方式是一致的。2．熱力學(xué)第二定律是關(guān)于實(shí)際過(guò)程進(jìn)行的方向和條件的定律所有物理現(xiàn)象都涉及能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化。當(dāng)涉及到內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過(guò)程(例如熱傳導(dǎo))或者內(nèi)能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，這些過(guò)程都具有單向性。熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體，或者從功轉(zhuǎn)化為熱，這是自發(fā)且無(wú)條件的。然而，熱量無(wú)法自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，或者從熱轉(zhuǎn)化為功。這種普遍存在的現(xiàn)象的方向性是由熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述在觀察和分析實(shí)際過(guò)程的基礎(chǔ)上得出的。3．熵和熵增加原理從微觀上說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)能夠自發(fā)發(fā)生的過(guò)程都是有序程度減小，無(wú)序程度增加的過(guò)程（如從高溫向低溫區(qū)傳熱、功轉(zhuǎn)化為熱）。“熵”是描寫系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。因此能夠自發(fā)發(fā)生的過(guò)程必然是熵增加的過(guò)程；反之，熵減少的過(guò)程（如從低溫向高溫區(qū)傳熱、熱轉(zhuǎn)化為功）不能自發(fā)發(fā)生，如果要使它發(fā)生，必須伴有其他熵增加的過(guò)程，且總系統(tǒng)的熵必須有所增加。三、例題分析【示例1】熱機(jī)在一次循環(huán)中做100J的功，但卻放出了400J熱量。它輸入的熱量是多少？效率是多少？熱力學(xué)第一定律表示為Q1-Q2=W,其中Q1為系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次盏臒崃浚琎2為系統(tǒng)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?，W為系統(tǒng)輸出的功。而熱機(jī)的效率可表示為η=W/Q1?！窘獯稹恳阎猈＝100J，Q2＝400J，因此熱機(jī)在一次循環(huán)中輸入的熱量是Q1＝W＋Q2＝（100＋400）J＝500J。該熱機(jī)的效率是η＝EQ\F(W,Q1)＝EQ\F(100,500)＝20%?！居懻摗繛榱斯?jié)約能源并提高熱機(jī)的效率，理論研究表明我們應(yīng)盡量降低排放熱量(或排氣)的低溫?zé)嵩吹臏囟取＿@樣一來(lái)，從高溫?zé)嵩摧斎氲臒崃縌1中盡可能多的部分就能轉(zhuǎn)化為功。同時(shí)，這也有助于減少向低溫?zé)嵩磁懦龅臒崃縌2。例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻系統(tǒng)和發(fā)電廠中的冷卻塔等裝置都是為了實(shí)現(xiàn)這一目的而設(shè)計(jì)的?！臼纠?】一盆水在寒冷的冬天放在戶外就要結(jié)冰。與液態(tài)水相比，固態(tài)冰的分子組織得較為有序。那么，這種無(wú)序程度減小的結(jié)冰過(guò)程是否違反熱力學(xué)第二定律？為什么？【解答】否，因同時(shí)伴有熱量從溫度較高的水傳遞到溫度較低的大氣中，這是一種增加過(guò)程。根據(jù)熵增加原理，這相伴過(guò)程中熵的增加量要大于水中分子逐漸有序的結(jié)冰過(guò)程中熵的減少量。四、基本訓(xùn)練能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱嗎？能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的熱運(yùn)動(dòng)能量全部轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能嗎？對(duì)可能情況給出一個(gè)例子，對(duì)不可能的情況說(shuō)明原因能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱，例如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在摩擦力作用下最后停下；不能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的熱運(yùn)動(dòng)能量全部轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，因?yàn)槿绻赡埽@意味著可制造從單一熱源取熱的，效率為100%的熱機(jī)，而這違背熱力學(xué)第二定律。。能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱，例如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在摩擦力作用下最后停下；不能夠?qū)⒁欢〝?shù)量的熱運(yùn)動(dòng)能量全部轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，因?yàn)槿绻赡?，這意味著可制造從單一熱源取熱的，效率為100%的熱機(jī)，而這違背熱力學(xué)第二定律。你的書本掉到地板上的過(guò)程是單向性過(guò)程嗎？這時(shí)發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程？在這過(guò)程中，能量是否守恒？熵有怎樣的變化是；此過(guò)程中有杌械能轉(zhuǎn)化為書本和空氣的內(nèi)能；此過(guò)程總能量不變，總熵增加。？是；此過(guò)程中有杌械能轉(zhuǎn)化為書本和空氣的內(nèi)能；此過(guò)程總能量不變，總熵增加。從能量和熵的角度看，當(dāng)我們說(shuō)，單擺的振動(dòng)是“不可逆的”，這是否意味著不可能使單擺回到初始時(shí)的擺動(dòng)狀態(tài)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為擺錘和大氣中的內(nèi)能；內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使單擺恢復(fù)擺動(dòng)；否，但是單擺回到初始擺動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程（是熵減少的過(guò)程）必須伴隨另外的熵增加的過(guò)程（如利用機(jī)械臂）。？機(jī)械能轉(zhuǎn)化為擺錘和大氣中的內(nèi)能；內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使單擺恢復(fù)擺動(dòng)；否，但是單擺回到初始擺動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程（是熵減少的過(guò)程）必須伴隨另外的熵增加的過(guò)程（如利用機(jī)械臂）。冬天早晨打開窗戶，讓空氣流通，你的這個(gè)動(dòng)作對(duì)于宇宙的熵有怎樣的貢獻(xiàn)有熱量從室內(nèi)自然地流向室外，使宇宙的總熵增加。？有熱量從室內(nèi)自然地流向室外，使宇宙的總熵增加。熱機(jī)在一次循環(huán)中消耗1500J的熱量，做了270J功。它的效率是多少？損耗了多少能量0.18；1230J。？0.18；1230J。某種熱機(jī)（常稱為“制冷機(jī)”）在一次循環(huán)中外界對(duì)它做的功為1000J，吸收的熱量為220J，它放出了多少熱量？這種熱機(jī)有何用處？它的工作效率（稱為“制冷系數(shù)”）應(yīng)怎樣定義放出了1220J的熱；用于制冷空調(diào)機(jī)和電冰箱；ε＝放出了1220J的熱；用于制冷空調(diào)機(jī)和電冰箱；ε＝EQ\F(吸收的熱量,外界對(duì)系統(tǒng)做的功)，常稱為制冷系數(shù)，該熱機(jī)的制冷系數(shù)為0.22。試說(shuō)明：如果熱力學(xué)第二定律的開爾文表述不成立，則熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述也不成立可利用“反證法”。如果有一部熱機(jī)能違反熱力學(xué)第二定律的開爾文說(shuō)法，將一個(gè)熱源的能全部轉(zhuǎn)化為功。于是我們就能利用這部熱機(jī)（如一罐溫水）提取熱能并將其全部轉(zhuǎn)化為功，這些功可以（如通過(guò)摩擦）在一個(gè)較熱的系統(tǒng)（如一罐較熱的水）中轉(zhuǎn)化為熱。這一過(guò)程的凈結(jié)果就是，在不發(fā)生任何其他改變的情況下將熱從較低溫度的區(qū)域傳遞到較高溫度的區(qū)域，因此也違背熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法，這當(dāng)然是荒謬的。?？衫谩胺醋C法”。如果有一部熱機(jī)能違反熱力學(xué)第二定律的開爾文說(shuō)法，將一個(gè)熱源的能全部轉(zhuǎn)化為功。于是我們就能利用這部熱機(jī)（如一罐溫水）提取熱能并將其全部轉(zhuǎn)化為功，這些功可以（如通過(guò)摩擦）在一個(gè)較熱的系統(tǒng)（如一罐較熱的水）中轉(zhuǎn)化為熱。這一過(guò)程的凈結(jié)果就是，在不發(fā)生任何其他改變的情況下將熱從較低溫度的區(qū)域傳遞到較高溫度的區(qū)域，因此也違背熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法，這當(dāng)然是荒謬的。閱讀以下材料，并回答問(wèn)題。將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的部分化學(xué)能角色熱門角色熱門角色熱門角色角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色熱門角色firméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfirméfir與發(fā)展，網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅黎網(wǎng)紅是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐是不是是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首是不是首首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想首我想我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想``我想建議您是一個(gè)建議您建議您是一個(gè)是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議您是一個(gè)建議