(3)熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 1 做正功的例子做正功的例子 問題：問題：如何能實現(xiàn)持續(xù)不斷對外做正功呢？如何能實現(xiàn)持續(xù)不斷對外做正功呢？ 1 2 o 吸 Q 等溫等溫 12 o 吸 Q 等壓等壓 1 2 o 吸 Q 絕熱絕熱 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 2 熱機發(fā)展簡介熱機發(fā)展簡介 各種熱機的效率各種熱機的效率 液體燃料火箭液體燃料火箭柴油機柴油機 汽油機汽油機蒸汽機蒸汽機 %48 %8 %37 %25 1765年瓦特：進行了重大年瓦特：進行了重大 改進改進 ，大大提高了效率，大大提高了效率. 指明提高效率的方向指明提高效率的方向; 5-5 循環(huán)過程、卡諾循環(huán)循環(huán)過程、卡諾循環(huán) 理論

2、上研究熱機效率的意義：理論上研究熱機效率的意義： 1698年薩維利年薩維利 1705年紐可門年紐可門 蒸汽機蒸汽機 推動熱學(xué)理論的發(fā)展。推動熱學(xué)理論的發(fā)展。 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 3 系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的 狀態(tài)的過程叫狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程熱力學(xué)循環(huán)過程 . 2487420775 一、一、 循環(huán)過程循環(huán)過程 123 2 T CQ p 123 2 T CQ p （取絕對值）取絕對值）總放熱：總放熱： W 123 2T CQ p 設(shè)總吸熱：設(shè)總吸熱： 1 Q o %37 1 Q W A B p V c d o %37

3、1 Q W A B p V c d A V凈功凈功 特征特征:CACACA WEQ QQQW 21 21 () V C T T 凈功凈功 （面積）（面積） 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 4 二、熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)二、熱機效率和致冷機的致冷系數(shù) 熱機效率熱機效率 | | 21 WQQ 熱機熱機 高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?熱機（熱機（正正循環(huán)）循環(huán)）%37 V W W o %37 1 Q A B p V c d 吸 放吸 Q QQ W Q e 2 計算熱機效率公式計算熱機效率公式 取正值取正值 %37 付出的代價能得到多少收益付出的代價能得到多少收益 規(guī)則循環(huán)規(guī)則循環(huán) 不規(guī)則

4、循環(huán)不規(guī)則循環(huán) 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 5 W 致冷系數(shù)致冷系數(shù) 致冷機（致冷機（逆逆循環(huán)）循環(huán)）%37 致冷致冷機機 高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?o %37 1 Q A B p V c d %37 %37 W 2 W 21 2 QQ Q 吸 放 Q Q 1 取正值取正值 2 1 1 1 T T 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 6 1 4 1 V 4 V 23 P 12 Q 34 Q 0 W 1 Q 例例 1 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其 中中 , 求求1 2、2 3、3 4、4 1各各 過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率過程中氣體

5、吸收的熱量和熱機的效率 （p123) 12 2TT 13 4TT 分析：分析： 41 Q 4 3 () V CTT 1 2 Q W Q 吸 1 2；3 4等體過程等體過程 ? 32 () p C TT WEQ ? 2 3；4 1 等壓過程等壓過程 放熱放熱 放熱放熱 熱機的效率？熱機的效率？ 23 Q W Q 吸 吸熱吸熱 吸熱吸熱 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 7 1 4 1 V 4 V 23 P 12 Q 34 Q 0 W 1 Q 41 Q 23 Q 12 2 pp 14 2 VV 例例 1 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其 中中 , 求求1 2

6、、2 3、3 4、4 1各各 過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率 （p123) 12 2TT 13 4TT 解解 由理想氣體物態(tài)方程得由理想氣體物態(tài)方程得 14 2TT %37 %37 Q QQ 吸 吸放 1 2TC p o 2 Q)( 23 TTC p WEQ Q W 吸 1 2TCV Q吸 1RT1 TC p 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 8 23 Q 41 Q %37 5.0 AB E )( 1412VV pp 11 2TCTC pV 1 4 1 V 4 V 23 P 12 Q 34 Q 0 W 1 Q 41 Q 23 Q 12 2 pp 14 2 VV

7、 112 TCQ V )RC(T RT V 23 1 1 134 2TCQ V 11Vp0 34 Q 或者：計算出放熱的大小，再求效率（自練之）。或者：計算出放熱的大小，再求效率（自練之）。 RCC Vp Q吸 23 TT 12 2TT 13 4TT 9 例例2 2 一熱機以一熱機以1mol1mol雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，循環(huán)曲線如雙原子分子氣體為工作物質(zhì)，循環(huán)曲線如 圖所示，其中圖所示，其中ABAB為等溫過程，為等溫過程，T TA A=1300K=1300K，T TC C=300K=300K。求。求 各過程的內(nèi)能增量、功、熱量；各過程的內(nèi)能增量、功、熱量； 熱機效率熱機效率( (記錄）記錄

8、）。 5 o)m ( 3 V P 等溫線 C A B BC E 解：解：AB為等溫膨脹過程為等溫膨脹過程 BC W ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 ABABABW EQ )TT(R BC 吸熱吸熱 1 T )1300300(31.8 2 5 1 K1300 A T 等溫線 )( BC VVP B A A P P RT ln 10 B-C為等壓壓縮過程為等壓壓縮過程 J24874 K300 c T ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 5 o)m ( 3 V P 等溫線 C A B BC E J20775 )( BCP TTC J8310 )(

9、BCV TTC )1300300(31.8 2 7 1 CA W p WEQ 831020775 BC Q放熱放熱 QE W 0 CACA EQ 831020775 BC Q放熱放熱 熱量也可由熱力學(xué)第一定律求：熱量也可由熱力學(xué)第一定律求： 11 C-A為等體升壓過程為等體升壓過程 4 3 2ln V V RT 5o )m (3V P 等溫線 BC Q A B BCE )1300300(31. 81 J 29085 ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 1 2 1ln V V RT 吸熱吸熱 CAAB QQ 吸 放 Q Q 1 吸 Q 12 0E %365o )m (3V

10、 P 等溫線 BC Q A B BCE )1300300(31. 81 BC QQ 放 J 45649 J 20775 A B A V V lnRT 0 2 T ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 J 29085 熱機效率熱機效率 吸 放 Q Q 1 45649 29085 1 思考：陰影面積是多少？思考：陰影面積是多少？ 5o )m (3V P 等溫線 A B BCE 13 ) V , p ( 22 123 2 T CQ p ) TT ( C CAV 123 2 T CQp 等壓、絕熱等壓、絕熱 （給定各狀態(tài)的（給定各狀態(tài)的 壓強、體積、氣壓強、體積、氣 體種類、摩爾

11、數(shù)）體種類、摩爾數(shù)） 等壓、等溫等壓、等溫 （給定各狀態(tài)的（給定各狀態(tài)的 壓強、體積、氣壓強、體積、氣 體種類、摩爾數(shù)、體種類、摩爾數(shù)、 等溫線溫度）等溫線溫度） )V,p( 44 )V,p( 44 放 Q %37)V,p( 33 放吸Q WQ 放 Q %37)V,p( 33 放吸Q WQ 問題：求循環(huán)圖線所圍面積問題：求循環(huán)圖線所圍面積 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 14 卡諾卡諾循環(huán)由兩個循環(huán)由兩個等溫等溫過程和兩個過程和兩個絕熱絕熱過程組成過程組成 三三 、卡諾循環(huán)、卡諾循環(huán) 1824 1824 年法國的青年工程師卡諾提出一個工作在年法國的青年工程師卡諾提出一個工作在兩兩熱源之間熱源

12、之間 的的理想理想循環(huán)（循環(huán)（卡諾卡諾循環(huán)）循環(huán)）. . 給出了熱機效率的理論極限值給出了熱機效率的理論極限值; ; 他還提出了著名的卡諾定理他還提出了著名的卡諾定理. . 問題：熱機效率的問題：熱機效率的理論極限值理論極限值=？ 0 W 1 Q o 2 T W 1 T A B C D 1 p 2 p 4 p 3 p 1 V 4 V 2 V 3 V 21 TT A B 等溫膨脹等溫膨脹 B C 絕熱膨脹絕熱膨脹 C D 等溫壓縮等溫壓縮 D A 絕熱壓縮絕熱壓縮 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 15 0 W 1 Q o 2 T W 1 T A B C D 1 p 2 p 4 p 3 p 1

13、V 4 V 2 V 3 V 卡諾循環(huán)熱機效率卡諾循環(huán)熱機效率 %37 0 AB WQ AB 吸 Q 問題：根據(jù)什么判斷哪個問題：根據(jù)什么判斷哪個 過程吸熱？哪個過程放熱？過程吸熱？哪個過程放熱？ WEQ 吸收 Q W 或或 3 1 2 1 T T A B 等溫膨脹：等溫膨脹： C D 等溫壓縮：等溫壓縮： 吸熱吸熱 放熱放熱 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 16 CD QQ 放 )3001300(31. 8 2 5 1 0 W 1 Q o 2 T W 1 T A B C D 1 p 2 p 4 p 3 p 1 V 4 V 2 V 3 V %37 %37 %37 1 2 4 3 1 2 11

14、V V ln V V ln T T Q Q 吸 放 2 1 41 1 1 TVTV 2 1 31 1 2 TVTV TCE V No Image No Image 卡諾熱機效率卡諾熱機效率 D A 絕熱過程絕熱過程 B C 絕熱過程絕熱過程 123 2T CQp C D 等溫壓縮放熱等溫壓縮放熱 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 17 （1 1）卡諾機必須有兩個熱源。熱機效率與工作物質(zhì)無關(guān)，）卡諾機必須有兩個熱源。熱機效率與工作物質(zhì)無關(guān)， 只與兩熱源溫度有關(guān)。只與兩熱源溫度有關(guān)。 1 2 1 T T ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 （2 2）熱機效率不能大于）熱機效

15、率不能大于1 1或等于或等于1 1，只能小于，只能小于1 1。 如果為如果為1 1 則則 1 T理論上絕對理論上絕對0 K0 K是一個極限值；是一個極限值； 若若這是不能實現(xiàn)的。這是不能實現(xiàn)的。 結(jié)論：熱機效率只能小于結(jié)論：熱機效率只能小于 1 1。 如果大于如果大于1 1， 則違反了能量守恒定律。則違反了能量守恒定律。 吸 Q W 41 Q 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 18 （3 3） 提高熱機效率的方法提高熱機效率的方法 1 2 1 T T ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高。兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高。 V

16、 實際上采用提高實際上采用提高 溫度溫度。 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 19 練習(xí)1：理想氣體卡諾循環(huán)過程的兩條絕熱線下的面理想氣體卡諾循環(huán)過程的兩條絕熱線下的面 積大小（圖中陰影部分）分別為積大?。▓D中陰影部分）分別為S1和和S2，則二者的大，則二者的大 小關(guān)系是：小關(guān)系是： （A A）S S1 1 S S2 2； （B B）S S1 1= =S S2 2； （C C）S S1 1 S S2 2； （D D）無法確定。）無法確定。 B o 1 S 2 S ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 吸 Q W 相等相等 絕熱過程絕熱過程 吸 QW 卡諾循環(huán)圖的另一個面積

17、關(guān)系介紹卡諾循環(huán)圖的另一個面積關(guān)系介紹 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 20 練習(xí)練習(xí)2：圖中兩卡諾循環(huán)圖中兩卡諾循環(huán) 2 T 2 T p 1 2 3 T 1 W 1 T 21 1 T V )( 12T TC V 1 T V )( 12T TC V 2 T 21W W 1 W 1 T 21W W 1 TC V QQ 2312 )( 34T TC V ? 高 低 T T 1 14 () p CT T %37 Q eQQ 吸 吸放 ？ 12 Q 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 21 0 W 1 Q o 2 T W 1 T A B C D %37高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?1 T 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?2 T

18、 卡諾致冷機卡諾致冷機 %37 %37 W 卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)） 卡諾致冷機卡諾致冷機致冷致冷系數(shù)系數(shù) 21 2 21 2 TT T QQ Q e 2 Q 1 Q 作業(yè)本：作業(yè)本：6,7,13,15,16,17,18,25 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 22 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 說明一切熱力學(xué)過程必須滿足說明一切熱力學(xué)過程必須滿足 能量轉(zhuǎn)換和守恒定律能量轉(zhuǎn)換和守恒定律 問題：問題：滿足能量轉(zhuǎn)換與守恒的過程是否一定能夠?qū)崿F(xiàn)呢？滿足能量轉(zhuǎn)換與守恒的過程是否一定能夠?qū)崿F(xiàn)呢？ 機械能機械能 熱能熱能 結(jié)論：結(jié)論：功熱轉(zhuǎn)換過程具有方向性。功熱轉(zhuǎn)換過程具有方向性。

19、 m 焦耳實驗焦耳實驗 物體下落物體下落葉片轉(zhuǎn)動葉片轉(zhuǎn)動水溫升高水溫升高 水溫自水溫自 動降低動降低 葉片葉片 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 物體物體 上升上升 熱能熱能 機械能機械能? 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 23 熱量總是熱量總是自動地自動地由高溫物體傳由高溫物體傳 向低溫物體，從而使兩物體溫向低溫物體，從而使兩物體溫 度相同，達(dá)到熱平衡。度相同，達(dá)到熱平衡。 結(jié)論：熱傳導(dǎo)過程具有方向性。結(jié)論：熱傳導(dǎo)過程具有方向性。 21 TT Q lnkS 其反過程能否其反過程能否自動進行？自動進行？ QQ 2312 )( 34T TC V 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 24 其其逆過程逆過程是否會自動發(fā)生呢

20、？是否會自動發(fā)生呢？ 理想氣體的理想氣體的 自由膨脹自由膨脹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 結(jié)論：結(jié)論：理想氣體自由膨脹過程具有方向性。理想氣體自由膨脹過程具有方向性。 QQ 2312 )( 34T TC V 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 25 QQ

21、 2312 )( 34T TC V 5-6 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 功熱轉(zhuǎn)換過程功熱轉(zhuǎn)換過程 熱傳導(dǎo)過程熱傳導(dǎo)過程 理想氣體自由膨脹過程理想氣體自由膨脹過程 盡管能量守恒，但具有方向性盡管能量守恒，但具有方向性 屬于屬于“不可逆不可逆”過程過程 問題問題：與熱現(xiàn)象有關(guān)的具有方向性的問題具有何種規(guī)律？：與熱現(xiàn)象有關(guān)的具有方向性的問題具有何種規(guī)律？ 闡述宏觀自然過程進行方向的規(guī)律闡述宏觀自然過程進行方向的規(guī)律 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 26 問題問題：由熱力學(xué)第一定律知：效率大于：由熱力學(xué)第一定律知：效率大于100%100%的熱機的熱機 不可能制成，但能否制造出效率為不可能制成，但能

22、否制造出效率為100%100%的熱機呢？的熱機呢？ QQ 2312 )( 34T TC V 2 T 從單一熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ幌虻蜏責(zé)嵩捶艧釓膯我粺嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)變?yōu)楣?，不向低溫?zé)嵩捶艧?開爾文敘述：開爾文敘述： 不可能制成一種不可能制成一種循環(huán)動作循環(huán)動作的的熱熱 機機，只從單一熱源吸收熱量，只從單一熱源吸收熱量， 使之完全轉(zhuǎn)化為功使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其而不產(chǎn)生其 它影響它影響。 ) , , ( 22 TVp 開爾文開爾文( (182418241907)1907) 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 27 （1 1） =100%=100%的熱機不存在的熱機不存在 開爾文表述闡

23、明了熱力學(xué)過程進行的限度。開爾文表述闡明了熱力學(xué)過程進行的限度。2020世紀(jì)世紀(jì) 4040年代，有人估計若將海水降低年代，有人估計若將海水降低0.1C0.1C，所獲得的，所獲得的 能量可使全世界的工廠開動能量可使全世界的工廠開動17001700年。年。但這只是一個但這只是一個 幻想幻想。 （2 2）第二類永動機不可能制成）第二類永動機不可能制成 QQ 2312 )( 34T TC V 開爾文敘述表明：開爾文敘述表明： 是否存在從熱源吸熱可以全部用來做功的例子呢？是否存在從熱源吸熱可以全部用來做功的例子呢？ 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 28 等溫膨脹過程是從等溫膨脹過程是從單一單一 熱源吸

24、熱作功，熱源吸熱作功，而而不不放放 出熱量給其它物體。出熱量給其它物體。 1 2 1 p 2 p 1 V 2 V p V o 吸 Q W QQ 2312 )( 34T TC V 不可能制成一種不可能制成一種循環(huán)動作循環(huán)動作的的熱機熱機，只從單一熱源吸收熱，只從單一熱源吸收熱 量，使之完全轉(zhuǎn)化為功量，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其它影響而不產(chǎn)生其它影響。 與開爾文表述與開爾文表述 是否矛盾呢？是否矛盾呢？ 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 29 克勞修斯敘述克勞修斯敘述 QQ 2312 )( 34T TC V )V , p ( 11 克勞修斯克勞修斯(1822-1888)(1822-1888) 熱量

25、不可能熱量不可能自動地自動地從低溫物體傳從低溫物體傳 到高溫物體。到高溫物體。 問題問題：能否：能否把把熱量從低溫物體傳到高溫物體？熱量從低溫物體傳到高溫物體？ 制冷機（需要外界做功）制冷機（需要外界做功） 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 30 克勞修斯敘述：克勞修斯敘述：熱量不可能熱量不可能自動地自動地從低溫物體傳到高溫物體從低溫物體傳到高溫物體。 QQ 2312 )( 34T TC V 開爾文敘述：開爾文敘述：不可能制成一種不可能制成一種循環(huán)動作循環(huán)動作的的熱機熱機，只從單一熱源，只從單一熱源 吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)化為功吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其它影響而不產(chǎn)生其它影響。 完全等

26、效性完全等效性 熱力學(xué)第一定律：能量守恒規(guī)律熱力學(xué)第一定律：能量守恒規(guī)律 熱力學(xué)第二定律：并非所有能量守恒的過程均能熱力學(xué)第二定律：并非所有能量守恒的過程均能 實現(xiàn)，反映了宏觀自然過程進行的方向和條件。實現(xiàn)，反映了宏觀自然過程進行的方向和條件。 第二類永動機是不可能制成的第二類永動機是不可能制成的 第一類永動機是不可能制成的第一類永動機是不可能制成的 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 31 各種永動機設(shè)計方案的失敗，制造永動機美好夢想的破滅，對各種永動機設(shè)計方案的失敗，制造永動機美好夢想的破滅，對 于每一個尋找永動機的人是一個不小的打擊。但是，反思這一于每一個尋找永動機的人是一個不小的打擊。但

27、是，反思這一 失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪，一些科學(xué)家從這一失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪，一些科學(xué)家從這一 否定的結(jié)論中開始思考，否定的結(jié)論中開始思考，提出這樣一個問題提出這樣一個問題：永動機不可能制永動機不可能制 成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中 生有地獲得能量？生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著一定的也就是說自然界各種能量之間存在著一定的 轉(zhuǎn)化關(guān)系。這方面的思考是能量轉(zhuǎn)化和守恒原理建立的線索之轉(zhuǎn)化關(guān)系。這方面的思考是能量轉(zhuǎn)化和守恒原理建立的線索之 一。一。 德國著名物理學(xué)家德國著名物理

28、學(xué)家亥姆霍茲亥姆霍茲就是從永動機不可能實現(xiàn)的這個就是從永動機不可能實現(xiàn)的這個 事實入手研究發(fā)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和守恒原理的。事實入手研究發(fā)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和守恒原理的。 他在論文中寫道：他在論文中寫道：“鑒于前人試驗的失敗，人們不再詢問我如鑒于前人試驗的失敗，人們不再詢問我如 何能利用各種自然力之間已知和未知的關(guān)系來創(chuàng)造一種永恒的何能利用各種自然力之間已知和未知的關(guān)系來創(chuàng)造一種永恒的 運動，而是應(yīng)該問一下如果永恒的運動是不可能的，那么在各運動，而是應(yīng)該問一下如果永恒的運動是不可能的，那么在各 種自然力之間應(yīng)該存在著什么樣的關(guān)系呢？種自然力之間應(yīng)該存在著什么樣的關(guān)系呢？” 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 3

29、2 追尋永動機的失敗經(jīng)歷，可以給我們兩點啟示：追尋永動機的失敗經(jīng)歷，可以給我們兩點啟示： （1）失敗的經(jīng)歷也有積極的科學(xué)研究價值，永動機的種種設(shè)失敗的經(jīng)歷也有積極的科學(xué)研究價值，永動機的種種設(shè) 計方案的失敗，引起了人們的反思，啟發(fā)了能量轉(zhuǎn)化和守恒計方案的失敗，引起了人們的反思，啟發(fā)了能量轉(zhuǎn)化和守恒 的思想，成為能量轉(zhuǎn)化和守恒原理建立的思考線索之一。的思想，成為能量轉(zhuǎn)化和守恒原理建立的思考線索之一。 （2）要依據(jù)科學(xué)規(guī)律辦事。歷史上追求永動機的人們，并不）要依據(jù)科學(xué)規(guī)律辦事。歷史上追求永動機的人們，并不 是因為他們沒有一種良好的愿望，也不是他們?nèi)狈炭嚆@研的是因為他們沒有一種良好的愿望，也不是他

30、們?nèi)狈炭嚆@研的 精神，只是由于他們做的是違背精神，只是由于他們做的是違背客觀規(guī)律客觀規(guī)律的工作。在人們還沒的工作。在人們還沒 有認(rèn)識能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律之前，對那些尋求永動機的努力有認(rèn)識能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律之前，對那些尋求永動機的努力 遭到的失敗，我們只能感到遺憾。遭到的失敗，我們只能感到遺憾。 但是，如果在今天還有人去設(shè)計永動機，那他就是愚蠢的，但是，如果在今天還有人去設(shè)計永動機，那他就是愚蠢的， 是違反科學(xué)規(guī)律的，也是永遠(yuǎn)不會成功的。是違反科學(xué)規(guī)律的，也是永遠(yuǎn)不會成功的。 人類利用自然人類利用自然,必必 須遵守須遵守自然規(guī)律自然規(guī)律,而不是去研制永遠(yuǎn)不能實現(xiàn)的永動機。而不是去研制永遠(yuǎn)不能

31、實現(xiàn)的永動機。 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 33 科學(xué)規(guī)律固然是好的，但是以前的的科學(xué)科學(xué)規(guī)律固然是好的，但是以前的的科學(xué) 家，不是在別人的質(zhì)疑與阻力下來找到發(fā)現(xiàn)偉家，不是在別人的質(zhì)疑與阻力下來找到發(fā)現(xiàn)偉 大的科學(xué)嗎？大的科學(xué)嗎？ 所以我們應(yīng)該對自己寬容一點。同樣，對所以我們應(yīng)該對自己寬容一點。同樣，對 別人也寬容一點，我們都只是井底之蛙，并未別人也寬容一點，我們都只是井底之蛙，并未 真正的了解我們共同的母親（地球）。真正的了解我們共同的母親（地球）。 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 34 指明提高效率的方向指明提高效率的方向; 理論上研究熱機效率的意義：理論上研究熱機效率的意義： 推

32、動熱學(xué)理論的發(fā)展。推動熱學(xué)理論的發(fā)展。 No Image 0 W 1 Q o 2 T W 1 T A B C D 21 TT 卡諾熱機卡諾熱機 工作物質(zhì)：理想氣體工作物質(zhì)：理想氣體 其它工作物質(zhì)的熱機效率極限？其它工作物質(zhì)的熱機效率極限？ 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 35 %37 %37 卡諾定理指出了提高熱機效率的兩條途徑卡諾定理指出了提高熱機效率的兩條途徑： （1 1）使熱機盡量接近可逆機（減小耗散因素）；）使熱機盡量接近可逆機（減小耗散因素）； （2）盡量提高兩熱源的溫度差盡量提高兩熱源的溫度差。 ABABW Q 5 . 0 5 ln130031. 8 1 （1 1）在溫度為）在溫度為 T T1 1 和和 T T2 2 兩個熱源之間工作的任兩個熱源之間工作的任 意工作物質(zhì)的可逆熱機，都具有相同的效率意工作物質(zhì)的可逆熱機，都具有相同的效率 （2 2）在溫度為）在溫度為 T T1 1 和和 T T2 2 兩個熱源之間工作的一兩個熱源之間工作的一 切不可逆熱機，其效率不可能高于可逆熱機的效率切不可逆熱機，其效率不可能高于可逆熱機的效率 卡卡 諾諾 定定 理理 第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章熱力學(xué)基礎(chǔ) 36 在一個不受外界影響的孤立系統(tǒng)中發(fā)生的一切實際過在一個不受外界影響的孤立系統(tǒng)