第十章熱力學(xué)定律

1、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 宏觀物體具有微觀結(jié)構(gòu)，是由大量的微觀粒子宏觀物體具有微觀結(jié)構(gòu)，是由大量的微觀粒子（分子、原子等）所組成的。而這些微觀粒子在不（分子、原子等）所組成的。而這些微觀粒子在不停地作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（停地作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（Random Motion）。微觀粒）。微觀粒子的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，稱為子的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，稱為熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)。熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理研究熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理研究: 熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律, 與熱運(yùn)動(dòng)有與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物性關(guān)的物性, 宏觀物質(zhì)系統(tǒng)的演化。宏觀物質(zhì)系統(tǒng)的演化。宏觀物體的物理特征正是建立在微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀物體的物理特征正是建立在微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上的。

2、基礎(chǔ)上的。 贛南師范學(xué)院物理系贛南師范學(xué)院物理系研究熱物理學(xué)的兩種方法研究熱物理學(xué)的兩種方法宏觀出發(fā)宏觀出發(fā) 熱力學(xué)（熱力學(xué)（Thermodynamics） 熱力學(xué)是研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的熱力學(xué)是研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的宏觀理論宏觀理論，它以，它以熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)定律為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過邏輯熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)定律為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過邏輯推理和演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)推理和演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系，以及宏觀物理過程進(jìn)行的方向和限度等方面的系，以及宏觀物理過程進(jìn)行的方向和限度等方面的結(jié)論。結(jié)論。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有很高的可靠性和普遍性；具有很高的可靠性和普遍性； 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：由于熱力學(xué)理論

3、不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和粒由于熱力學(xué)理論不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和粒子的運(yùn)動(dòng)，把物質(zhì)看成是連續(xù)的，因此不能解釋宏子的運(yùn)動(dòng)，把物質(zhì)看成是連續(xù)的，因此不能解釋宏觀性質(zhì)的漲落。觀性質(zhì)的漲落。 微觀出發(fā)微觀出發(fā)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（Statistical Physics） 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的微觀理論微觀理論，它，它從從“宏觀物質(zhì)系統(tǒng)是由大量微觀粒子組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)是由大量微觀粒子組成的”這一這一基本事實(shí)出發(fā)。認(rèn)為物質(zhì)的宏觀性質(zhì)是大量微觀?；臼聦?shí)出發(fā)。認(rèn)為物質(zhì)的宏觀性質(zhì)是大量微觀粒子運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，認(rèn)為宏觀量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平子運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，認(rèn)為宏觀量是微觀量的統(tǒng)計(jì)

4、平均值。均值。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：它可以把熱力學(xué)的幾個(gè)基本定律歸結(jié)于一個(gè)它可以把熱力學(xué)的幾個(gè)基本定律歸結(jié)于一個(gè)基本的統(tǒng)計(jì)原理，闡明了熱力學(xué)定律的統(tǒng)計(jì)意義；基本的統(tǒng)計(jì)原理，闡明了熱力學(xué)定律的統(tǒng)計(jì)意義； 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：由于對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)所作的往往只是簡(jiǎn)化由于對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)所作的往往只是簡(jiǎn)化的模型假設(shè)，因而所得到的理論結(jié)果往往只是近似的模型假設(shè)，因而所得到的理論結(jié)果往往只是近似的。的。二者聯(lián)系：二者聯(lián)系： 熱力學(xué)對(duì)熱現(xiàn)象給出普遍而可靠的結(jié)果，可以用熱力學(xué)對(duì)熱現(xiàn)象給出普遍而可靠的結(jié)果，可以用來驗(yàn)證微觀理論的正確性；來驗(yàn)證微觀理論的正確性； 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)則可以深入熱現(xiàn)象的本質(zhì)，使熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)則可以深入熱現(xiàn)象的

5、本質(zhì)，使熱力學(xué)的理論獲得更深刻的意義，二者相輔相成。的理論獲得更深刻的意義，二者相輔相成。 第十章第十章熱力學(xué)第一、二定律熱力學(xué)第一、二定律 熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的宏觀理論熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的宏觀理論根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的熱力學(xué)定律，用嚴(yán)密的邏輯推理的方法，研出來的熱力學(xué)定律，用嚴(yán)密的邏輯推理的方法，研究宏觀物體的熱力學(xué)性質(zhì)。究宏觀物體的熱力學(xué)性質(zhì)。熱力學(xué)不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，它的主要理論基礎(chǔ)熱力學(xué)不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，它的主要理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)定律。是熱力學(xué)定律。一一 、熱力學(xué)的平衡態(tài)、熱力學(xué)的平衡態(tài) 基本定義基本定義1、系統(tǒng)與外界、系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）熱力學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）

6、 在熱力學(xué)中，把所要研究的對(duì)象，即由大量微在熱力學(xué)中，把所要研究的對(duì)象，即由大量微觀粒子組成的物體或物體系稱為觀粒子組成的物體或物體系稱為熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的外界（簡(jiǎn)稱外界）系統(tǒng)的外界（簡(jiǎn)稱外界） 能夠與所研究的熱力學(xué)系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其能夠與所研究的熱力學(xué)系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體，稱為它物體，稱為外界外界。 1-1 概述概述孤立系：孤立系：與外界沒有任何相互作用的熱力學(xué)系統(tǒng)。與外界沒有任何相互作用的熱力學(xué)系統(tǒng)。封閉系：封閉系：與外界有能量交換，沒有物質(zhì)交換的熱力與外界有能量交換，沒有物質(zhì)交換的熱力學(xué)系統(tǒng)。學(xué)系統(tǒng)。開放系：開放系：與外界有能量交換，又有物質(zhì)交換的熱力與外界有能量交換

7、，又有物質(zhì)交換的熱力學(xué)系統(tǒng)。學(xué)系統(tǒng)。2 2、氣體的物態(tài)參量、氣體的物態(tài)參量 把用來描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量稱為把用來描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參量狀態(tài)參量。氣體的宏觀狀態(tài)可以用氣體的宏觀狀態(tài)可以用V、P、T 描述描述 體積體積V 幾何參量幾何參量 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p力學(xué)參量力學(xué)參量 溫度溫度T熱力學(xué)參量熱力學(xué)參量 說明說明 氣體的氣體的p、V、T 是描述大量分子熱運(yùn)動(dòng)集體特征的是描述大量分子熱運(yùn)動(dòng)集體特征的物理量，是物理量，是宏觀量宏觀量，而氣體分子的質(zhì)量、速度等是，而氣體分子的質(zhì)量、速度等是描述個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)的物理量，是描述個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)的物理量，是微觀量微觀量。 氣體的體積氣體的體積V是指氣體分

8、子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所能到達(dá)的空是指氣體分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所能到達(dá)的空間。間。對(duì)于密閉容器中的氣體，容器的體積就是氣體的對(duì)于密閉容器中的氣體，容器的體積就是氣體的體積。體積。 單位：?jiǎn)挝唬簃32、壓強(qiáng)、壓強(qiáng)p 壓強(qiáng)壓強(qiáng)P是大量分子與容器壁相碰撞而產(chǎn)生的，它等于容是大量分子與容器壁相碰撞而產(chǎn)生的，它等于容器壁上單位面積所受到的正壓力。器壁上單位面積所受到的正壓力。 p=F/S 單位：?jiǎn)挝唬?1Pa=1N.m-24標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 1atm=76cm.Hg=1.013105Pa41、氣體的體積、氣體的體積V42、壓強(qiáng)、壓強(qiáng)ppp 、V V、TT 的單位的單位1、氣體的體積、氣體的體積V3、溫度、溫度T

9、 溫度：溫度：與物質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)有密切的關(guān)系。溫度的與物質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)有密切的關(guān)系。溫度的高低在微觀上反映分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度。在宏觀上，高低在微觀上反映分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度。在宏觀上，我們可以用溫度來表示物體的冷熱程度，并規(guī)定較我們可以用溫度來表示物體的冷熱程度，并規(guī)定較熱的物體有較高的溫度。熱的物體有較高的溫度。溫度的數(shù)值表示方法叫作溫度的數(shù)值表示方法叫作溫標(biāo)溫標(biāo)（Thermometer Scale）4(1)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)T，單位：，單位：K(2)攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)t ，單位：，單位：0C 00C水的三相點(diǎn)溫度水的三相點(diǎn)溫度 1000C水的沸騰點(diǎn)溫度水的沸騰點(diǎn)溫度(3)華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)F，

10、 單位單位0F 320F 水的三相點(diǎn)溫度水的三相點(diǎn)溫度 2120F水的沸騰點(diǎn)溫度水的沸騰點(diǎn)溫度 關(guān)系關(guān)系： T=273.15+t F=9t/5+32平衡態(tài)平衡態(tài)一個(gè)系統(tǒng)與外界之間沒有能量和物質(zhì)的傳遞，系統(tǒng)一個(gè)系統(tǒng)與外界之間沒有能量和物質(zhì)的傳遞，系統(tǒng)的能量也沒有轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，系統(tǒng)的組成的能量也沒有轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，系統(tǒng)的組成及其性質(zhì)均不隨時(shí)間而變化，這樣的狀態(tài)叫做及其性質(zhì)均不隨時(shí)間而變化，這樣的狀態(tài)叫做熱力熱力學(xué)平衡態(tài)。學(xué)平衡態(tài)。1 1、定義、定義2 2、說明、說明 （1）平衡態(tài)是一個(gè)理想狀態(tài)；）平衡態(tài)是一個(gè)理想狀態(tài)； （2）平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的微觀粒）平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平

11、衡，組成系統(tǒng)的微觀粒子在不停的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)中，但統(tǒng)計(jì)平均效果不變；子在不停的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)中，但統(tǒng)計(jì)平均效果不變； （3）對(duì)于平衡態(tài)，可以用）對(duì)于平衡態(tài)，可以用pV 圖上的一個(gè)點(diǎn)來表示。圖上的一個(gè)點(diǎn)來表示。 p p V V 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)彼此也將處于熱平衡。到熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)彼此也將處于熱平衡。二二 、熱力學(xué)第零定律、熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律表明，處在同一平衡態(tài)的所有熱力熱力學(xué)第零定律表明，處在同一平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)共同的宏觀性質(zhì)，這個(gè)決定系統(tǒng)熱學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)共同的宏觀性質(zhì)，這個(gè)決定系統(tǒng)熱

12、平衡的宏觀性質(zhì)的物理量可以定義為平衡的宏觀性質(zhì)的物理量可以定義為溫度溫度。平衡態(tài)下的熱力學(xué)系統(tǒng)存在狀態(tài)函數(shù)溫度。平衡態(tài)下的熱力學(xué)系統(tǒng)存在狀態(tài)函數(shù)溫度。物態(tài)方程物態(tài)方程是溫度與其它狀態(tài)參量之間的函數(shù)關(guān)系是溫度與其它狀態(tài)參量之間的函數(shù)關(guān)系(簡(jiǎn)單系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng))。 在在p、V、T 三個(gè)狀態(tài)參量之間一定存在某種關(guān)系，即三個(gè)狀態(tài)參量之間一定存在某種關(guān)系，即其中一個(gè)狀態(tài)參量是其它兩個(gè)狀態(tài)參量的函數(shù)，如其中一個(gè)狀態(tài)參量是其它兩個(gè)狀態(tài)參量的函數(shù)，如 T=T(P,V) 1、物態(tài)方程相關(guān)的幾個(gè)物理量：、物態(tài)方程相關(guān)的幾個(gè)物理量：0),(TVpf三三 、物態(tài)方程、物態(tài)方程pTVV)(1體脹系數(shù)體脹系數(shù) :在壓強(qiáng)不變時(shí)

13、，溫度升高在壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高1K所引起的物所引起的物體體積相對(duì)變化體體積相對(duì)變化 1)()()(pVTVTTppV0),(TVpfTp TTTpVV)(1等溫壓縮系數(shù)等溫壓縮系數(shù) :溫度不變時(shí)，增加單位壓強(qiáng)所引起溫度不變時(shí)，增加單位壓強(qiáng)所引起的物體體積相對(duì)變化。的物體體積相對(duì)變化。VTpp)(1壓強(qiáng)系數(shù)壓強(qiáng)系數(shù) :體積不變下，溫度升高體積不變下，溫度升高1K所引起的物所引起的物體壓強(qiáng)的相對(duì)變化。體壓強(qiáng)的相對(duì)變化。 由由 得：得： 理想氣體理想氣體 Boyle-Mariotte定律定律： 等溫過程中等溫過程中 pV=const Avogadro定律：定律：在同樣的溫度和壓強(qiáng)下，相同體積的在同

14、樣的溫度和壓強(qiáng)下，相同體積的氣體含有相同數(shù)量的分子。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體含有相同數(shù)量的分子。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1摩爾任摩爾任何氣體所占有的體積為何氣體所占有的體積為22.4升。升。Joule定律：定律：氣體的內(nèi)能僅僅是溫度的函數(shù)。氣體的內(nèi)能僅僅是溫度的函數(shù)。U=U(T)理想氣體的定義：在任何情況下都遵守玻馬定律，理想氣體的定義：在任何情況下都遵守玻馬定律，Avogadro定律及焦耳定律的氣體稱為定律及焦耳定律的氣體稱為理想氣體理想氣體。理想氣體的物態(tài)方程理想氣體的物態(tài)方程 形式形式1 RTMmpV m氣體質(zhì)量氣體質(zhì)量 M 氣體摩爾質(zhì)量氣體摩爾質(zhì)量 R=8.31Jmol-1K-1摩爾氣體常量摩爾氣體常

15、量 形式形式2 222111TVpTVp 范氏氣體范氏氣體 考慮分子之間的斥力及分子之間的引力考慮分子之間的斥力及分子之間的引力 其中其中Vm是氣體的摩爾體積，是氣體的摩爾體積，a和和b是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的常數(shù)。常數(shù)。2()()mmapVbRTV1mol實(shí)際氣體的物態(tài)方程實(shí)際氣體的物態(tài)方程一、熱力學(xué)過程一、熱力學(xué)過程1、熱力學(xué)過程、熱力學(xué)過程當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化時(shí)，我們就說系統(tǒng)在經(jīng)歷當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化時(shí)，我們就說系統(tǒng)在經(jīng)歷一個(gè)一個(gè)熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱過程過程。推進(jìn)活塞壓縮汽缸內(nèi)推進(jìn)活塞壓縮汽缸內(nèi)的氣體時(shí)，氣體的體的氣體時(shí)，氣體的體積、密度、溫度或壓積、密度、溫度或壓強(qiáng)都將

16、變化強(qiáng)都將變化 1-2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律2、非靜態(tài)過程、非靜態(tài)過程在熱力學(xué)過程的發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)往往由一個(gè)平在熱力學(xué)過程的發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)往往由一個(gè)平衡狀態(tài)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后到達(dá)另一平衡衡狀態(tài)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后到達(dá)另一平衡態(tài)。如果中間狀態(tài)為非平衡態(tài)，則此過程稱態(tài)。如果中間狀態(tài)為非平衡態(tài)，則此過程稱非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程。從平衡態(tài)破壞到新平衡態(tài)建立所需的時(shí)間稱為從平衡態(tài)破壞到新平衡態(tài)建立所需的時(shí)間稱為弛豫弛豫時(shí)間。時(shí)間。3、準(zhǔn)靜態(tài)過程、準(zhǔn)靜態(tài)過程如果一個(gè)熱力學(xué)過程在始末兩平衡態(tài)之間所經(jīng)歷的如果一個(gè)熱力學(xué)過程在始末兩平衡態(tài)之間所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，可以近似當(dāng)作平衡態(tài)，則此過程為中間狀態(tài)，可以近似

17、當(dāng)作平衡態(tài)，則此過程為準(zhǔn)靜準(zhǔn)靜態(tài)過程態(tài)過程。 準(zhǔn)靜態(tài)過程只有在進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)過程只有在進(jìn)行的“無(wú)限緩慢無(wú)限緩慢”的條件的條件下才可能實(shí)現(xiàn)。下才可能實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于實(shí)際過程則要求系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的特征對(duì)于實(shí)際過程則要求系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的特征時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間才可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過程。時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間才可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過程。說明：說明： 系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)變化過程可系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)變化過程可用用pV pV 圖上的一條曲線表圖上的一條曲線表示，稱之為示，稱之為過程曲線過程曲線。二、二、 功功當(dāng)氣體作無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹或壓縮時(shí)，系統(tǒng)對(duì)當(dāng)氣體作無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹或壓縮時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界做功為：外界做功為：21VVWpd

18、V系統(tǒng)對(duì)外界所作的系統(tǒng)對(duì)外界所作的 功等于功等于pV 圖上過圖上過 程曲線下面的面積程曲線下面的面積 VOPdVV1 V2 說明說明 系統(tǒng)所作的功與系統(tǒng)的始末狀系統(tǒng)所作的功與系統(tǒng)的始末狀態(tài)有關(guān)，而且還與路徑有關(guān)，態(tài)有關(guān)，而且還與路徑有關(guān)，是一個(gè)過程量。是一個(gè)過程量。VOPdVV1 V2 功不是態(tài)函數(shù)，元功不是態(tài)函數(shù)的全微分，用功不是態(tài)函數(shù)，元功不是態(tài)函數(shù)的全微分，用 而而不是不是 來表示。來表示。AdA1122nnAYdyY dyY dy一般情況下，元功可寫為；一般情況下，元功可寫為；功的單位：功的單位：焦耳焦耳 氣體膨脹時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界作功氣體膨脹時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界作功 氣體壓縮時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功

19、氣體壓縮時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功 作功是改變系統(tǒng)內(nèi)能的一種方法作功是改變系統(tǒng)內(nèi)能的一種方法 本質(zhì)本質(zhì)：通過宏觀位移來完成的：機(jī)械運(yùn)動(dòng)：通過宏觀位移來完成的：機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子分子熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)1122nnAYdyY dyY dy其中其中 表示廣義坐標(biāo)，表示廣義坐標(biāo)， 表示廣表示廣義位移，義位移， 表示廣義力。表示廣義力。12,ny yy12,ndy dydy12,nY YY三、三、 熱量熱量系統(tǒng)與外界之間由于存在系統(tǒng)與外界之間由于存在溫度差溫度差而傳遞的能量叫做而傳遞的能量叫做熱量熱量。本質(zhì)本質(zhì): :外界與系統(tǒng)相互交換熱量。分子熱運(yùn)動(dòng)外界與系統(tǒng)相互交換熱量。分子熱運(yùn)動(dòng)分子分子熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng) 熱量的單位：熱量的

20、單位：焦耳焦耳 熱量傳遞的多少與其傳遞方式有關(guān)，所以，熱量熱量傳遞的多少與其傳遞方式有關(guān)，所以，熱量和功一樣是一個(gè)過程量和功一樣是一個(gè)過程量, ,用用 表示熱量的微分量。表示熱量的微分量。 Q四、內(nèi)能四、內(nèi)能熱力學(xué)系統(tǒng)的能量取決于系熱力學(xué)系統(tǒng)的能量取決于系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)內(nèi)內(nèi)能能。 說明說明 1、理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)、理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù) 2、熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的變化是通過系統(tǒng)與外界交、熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的變化是通過系統(tǒng)與外界交換熱量或外界對(duì)系統(tǒng)作功來實(shí)現(xiàn)的換熱量或外界對(duì)系統(tǒng)作功來實(shí)現(xiàn)的 3、系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始與終了位置有、系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始與終了位置有

21、關(guān)，而與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無(wú)關(guān)，是系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)，而與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無(wú)關(guān)，是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)。單值函數(shù)。五、熱力學(xué)第一定律五、熱力學(xué)第一定律1、內(nèi)容、內(nèi)容 系統(tǒng)在終態(tài)系統(tǒng)在終態(tài)B和初態(tài)和初態(tài)A的內(nèi)能差等于過程中外界對(duì)的內(nèi)能差等于過程中外界對(duì)系統(tǒng)所作的功與系統(tǒng)從外界所吸收的熱量之和系統(tǒng)所作的功與系統(tǒng)從外界所吸收的熱量之和.BAUUWQ 也就是說，系統(tǒng)從外界吸收的熱量，一部分用來增也就是說，系統(tǒng)從外界吸收的熱量，一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能，另一部分用于對(duì)外做功。加系統(tǒng)的內(nèi)能，另一部分用于對(duì)外做功。QWU2、本質(zhì)、本質(zhì) 熱力學(xué)第一定律是包括熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定

22、律定律，對(duì)任何物質(zhì)的任何過程都成立。，對(duì)任何物質(zhì)的任何過程都成立。對(duì)于微小過程對(duì)于微小過程 dUQWQdUW或或3、說明、說明符號(hào)規(guī)定：符號(hào)規(guī)定： 熱量熱量Q： 正號(hào)正號(hào)系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)從外界吸收熱量 負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)向外界放出熱量 功功 W： 正號(hào)正號(hào)系統(tǒng)對(duì)外界作功系統(tǒng)對(duì)外界作功 負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)外界對(duì)系統(tǒng)作功外界對(duì)系統(tǒng)作功 內(nèi)能內(nèi)能U：正號(hào)：正號(hào)系統(tǒng)能量增加系統(tǒng)能量增加 負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)系統(tǒng)能量減小系統(tǒng)能量減小計(jì)算中，各物理量的單位是相同的，在計(jì)算中，各物理量的單位是相同的，在SI制中為制中為JQWU六、熱力學(xué)第一定律的另一種表述六、熱力學(xué)第一定律的另一種表述1、第一類永動(dòng)機(jī)、第一類永

23、動(dòng)機(jī) 不需要外界提供能量，也不需要消耗系統(tǒng)的內(nèi)能，不需要外界提供能量，也不需要消耗系統(tǒng)的內(nèi)能，但可以對(duì)外界作功。但可以對(duì)外界作功。 2、熱力學(xué)第一定律的另一種表述、熱力學(xué)第一定律的另一種表述 第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，因而是不可能第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，因而是不可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)的9-4 循環(huán)過程循環(huán)過程 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 一一.循環(huán)過程循環(huán)過程 如果系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)如果系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā), 經(jīng)過任意的一系列過經(jīng)過任意的一系列過程程,最后又回到原來的狀態(tài)最后又回到原來的狀態(tài),這樣的過程稱為這樣的過程稱為循環(huán)過程循環(huán)過程。 (1)

24、由準(zhǔn)靜態(tài)過程組成的由準(zhǔn)靜態(tài)過程組成的循環(huán)過程循環(huán)過程，在在p-V圖上可圖上可用一條閉合曲線表示。用一條閉合曲線表示。pV正循環(huán)正循環(huán)(順時(shí)針順時(shí)針)Q1Q2AA用途用途: 對(duì)外作功對(duì)外作功用途用途: 致冷致冷pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時(shí)針逆時(shí)針)圖9-17Q1Q2pV正循環(huán)正循環(huán)(順時(shí)針順時(shí)針)pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時(shí)針逆時(shí)針)Q1Q2AQ1Q2A (2)經(jīng)一正循環(huán)氣體對(duì)外作的經(jīng)一正循環(huán)氣體對(duì)外作的凈功凈功(或經(jīng)一逆循或經(jīng)一逆循環(huán)外界對(duì)氣體作的凈功環(huán)外界對(duì)氣體作的凈功)等于閉合曲線包圍的面積等于閉合曲線包圍的面積。 (3)經(jīng)一個(gè)循環(huán)，氣體內(nèi)能不變，故熱力學(xué)第經(jīng)一個(gè)循環(huán)，氣體內(nèi)能不變，故熱力學(xué)第一定律寫

25、為一定律寫為 Q1 -Q2 =A(5) 逆循環(huán)的致冷系數(shù)逆循環(huán)的致冷系數(shù)2122QQQAQ (9-16)21211QAAQQQA (9-15)(4)正循環(huán)的效率：正循環(huán)的效率：用途用途: 致冷致冷pV正循環(huán)正循環(huán)(順時(shí)針順時(shí)針)Q1Q2AA用途用途: 對(duì)外作功對(duì)外作功pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時(shí)針逆時(shí)針)圖18-17Q1Q2 例題例題 9-8 1mol單原子氣體，經(jīng)圖單原子氣體，經(jīng)圖9-18所示的循所示的循環(huán)過程環(huán)過程abca，圖中，圖中ab是等溫過程，是等溫過程，V2=2V1, 求循環(huán)效求循環(huán)效率。率。解解1211QQQA 12VVlnRTQab 圖9-18VV1V2pacbT2lnRT 0 吸熱

26、吸熱)TT(CQcpbc 0 吸熱吸熱caabbcQQQQQ 1112 圖9-18VV1V2pacbT)TT(ClnRT)TT(CcVcp 21 用等壓過程方程：用等壓過程方程：21VTVTc ,VT12 Tc=2T)(ln)(211232211251 =13.4% 例題例題 9-9 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)可用圖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)可用圖9-19所示的所示的循環(huán)過程循環(huán)過程abcda來表示，圖中來表示，圖中ab、cd是等壓過程是等壓過程, bc、da是絕熱過程，是絕熱過程，Tb=400k, Tc=300k, 求循環(huán)效率。求循環(huán)效率。解解121QQ 圖9-19pVabcdabcdQQ 1)TT(vC)TT

27、(vCabpdcp 1)TT()TT(TTbacdbc 111由絕熱過程方程：由絕熱過程方程：bcTT 1=25%cbaTTTTd ddaaTpTp11 ccbbTpTp11 例題例題 9-10 1mol單原子氣體，經(jīng)圖單原子氣體，經(jīng)圖9-20所示的循所示的循環(huán)過程環(huán)過程abca，圖中，圖中ca的曲線方程為的曲線方程為: p/V 2= po / Vo2, a點(diǎn)的溫度為點(diǎn)的溫度為To; (1)以以To，R表示各分過程氣體吸收的表示各分過程氣體吸收的熱量；熱量；(2) 求循環(huán)效率。求循環(huán)效率。解解 (1)bc圖9-20pVaVopo9poTo,TpTp:abbooo9 得得 Tb=9Toac: p

28、o / Vo2=9po / Vc 2, Vc=3Vo,VTVT:bcocoo39 得得 Tc=27TooobVabRT)TT(CQ12 obcpbcRT)TT(CQ45 bc圖9-20pVaVopo9poTo)VV(VppdVAcaVVoocaac3323 p/V 2= po / Vo2, Vc=3Vo , Tc=27TooooRTVp326326 ocacaVcaRT.A)TT(CQ747 (2) 循環(huán)效率循環(huán)效率oobVabRT)TT(CQ12 obcpbcRT)TT(CQ45 121QQ 45127 .471=16.3%bcabcaQQQ 1二二.卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)由卡諾循環(huán)由兩

29、個(gè)等溫兩個(gè)等溫過程和過程和兩個(gè)絕熱兩個(gè)絕熱過程組成。過程組成。高溫?zé)嵩礈囟葹楦邷責(zé)嵩礈囟葹門1, 低溫?zé)嵩礈囟葹榈蜏責(zé)嵩礈囟葹門2。,VVlnRTQabab1 cdcdVVlnRTQ2 121QQ abdcVVlnVVlnTT 1211211 cbVTVT:bc1211 daVTVT:addcabVVVV 121TT dT1abcT2圖9-21pVQ1Q2 例題例題 9-11 卡諾循環(huán)中，高溫?zé)嵩礈囟仁堑蜏責(zé)峥ㄖZ循環(huán)中，高溫?zé)嵩礈囟仁堑蜏責(zé)嵩礈囟鹊脑礈囟鹊膎倍，一個(gè)卡諾循環(huán)中氣體將把吸熱的倍，一個(gè)卡諾循環(huán)中氣體將把吸熱的 倍交給低溫?zé)嵩础１督唤o低溫?zé)嵩础?21QQ 121TT 由由1212TT

30、QQ 得得所以所以111221QnQTTQ 1/n對(duì)卡諾致冷機(jī)，顯然其致冷系數(shù)為對(duì)卡諾致冷機(jī)，顯然其致冷系數(shù)為2122QQQAQ 212TTT 1212TTQQ 因因 卡諾循環(huán)的效率只與高低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，卡諾循環(huán)的效率只與高低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。 例題例題 9-12 卡諾循環(huán)中，高溫?zé)嵩礈囟瓤ㄖZ循環(huán)中，高溫?zé)嵩礈囟萒1=400k, 低溫?zé)嵩礈囟鹊蜏責(zé)嵩礈囟萒2=300k,一個(gè)循環(huán)對(duì)外作一個(gè)循環(huán)對(duì)外作功功800J?，F(xiàn)只把高溫?zé)嵩礈囟忍岣叩健，F(xiàn)只把高溫?zé)嵩礈囟忍岣叩絋1，其它條，其它條件不變，要對(duì)外作功件不變，要對(duì)外作功1000J，求，求T1 和此時(shí)的效率。和

31、此時(shí)的效率。 解解 前后兩過程的共同點(diǎn)：放熱不變。前后兩過程的共同點(diǎn)：放熱不變。121TT 2QAA =0.25Q2=24002QAA =29.4%121TT T1 =425kT1abcdT2圖9-21pVT1 例題例題 9-13 把電冰箱視為卡諾致冷機(jī)，若室溫把電冰箱視為卡諾致冷機(jī)，若室溫t1=11C, 冷凍室溫度冷凍室溫度t2=-10 C ,要從冷凍室吸走要從冷凍室吸走12500J的熱量，需消耗多少電能？的熱量，需消耗多少電能？ 解解 2122TTTAQ =12.5JQA10002 即要從冷凍室吸走即要從冷凍室吸走12500J的熱量，需消耗電能的熱量，需消耗電能1000J。9-5 熱力學(xué)第

32、二定律熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律表明，任何過程都必須遵守能量熱力學(xué)第一定律表明，任何過程都必須遵守能量守恒，即效率大于守恒，即效率大于100%的熱機(jī)是不可能造成的。的熱機(jī)是不可能造成的。 那么是否滿足能量守恒的過程都能實(shí)現(xiàn)呢？那么是否滿足能量守恒的過程都能實(shí)現(xiàn)呢？ 不是的。過程的進(jìn)行是有方向、有條件的。這反不是的。過程的進(jìn)行是有方向、有條件的。這反映在熱力學(xué)第二定律中。映在熱力學(xué)第二定律中。 1.開爾文表述開爾文表述 1851年開爾文年開爾文(Kelvin)提出提出:不可能制成一種不可能制成一種循環(huán)循環(huán)動(dòng)作動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量,使之完全變成使之完全變

33、成有用的功有用的功,而不產(chǎn)生其他影響。而不產(chǎn)生其他影響。 單一熱源單一熱源各處溫度均勻且恒定不變的熱源。各處溫度均勻且恒定不變的熱源。 其他影響其他影響除吸熱、作功以外的影響。除吸熱、作功以外的影響。 若不是循環(huán)過程則是可能的。如等溫膨脹過程若不是循環(huán)過程則是可能的。如等溫膨脹過程,就只從單一熱源吸熱使之完全變成有用功，但產(chǎn)生就只從單一熱源吸熱使之完全變成有用功，但產(chǎn)生了其他的影響了其他的影響氣體的體積膨脹了。而且只有等溫氣體的體積膨脹了。而且只有等溫過程也不能組成循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)。過程也不能組成循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)。 (2)循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)至少要有兩個(gè)熱源：一個(gè)高循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)至少要有兩個(gè)熱源：一個(gè)高

34、溫?zé)嵩?，一個(gè)低溫?zé)嵩础母邷責(zé)嵩次鼰?，一部分溫?zé)嵩?，一個(gè)低溫?zé)嵩?。從高溫?zé)嵩次鼰?，一部分用來?duì)外作功，同時(shí)還必須向低溫?zé)嵩捶懦鲆徊糠钟脕韺?duì)外作功，同時(shí)還必須向低溫?zé)嵩捶懦鲆徊糠譄崃?，工作物質(zhì)才能回到初始狀態(tài)，即熱機(jī)的效率熱量，工作物質(zhì)才能回到初始狀態(tài)，即熱機(jī)的效率總是小于總是小于100%。 2.克勞修斯表述克勞修斯表述 熱量不能熱量不能自動(dòng)自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。地從低溫物體傳向高溫物體。(1)循環(huán)動(dòng)作循環(huán)動(dòng)作 (2)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是獨(dú)立的。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是獨(dú)立的。 熱力學(xué)第一定律表明，任何過程都必須遵守能量熱力學(xué)第一定律表明，任何過程都必須遵守能量守恒。

35、守恒。 熱力學(xué)第二定律說明，遵守能量守恒的過程未必?zé)崃W(xué)第二定律說明，遵守能量守恒的過程未必都能實(shí)現(xiàn)，過程的進(jìn)行是有方向、有條件的：都能實(shí)現(xiàn)，過程的進(jìn)行是有方向、有條件的： 功可以完全變?yōu)闊?，但熱就不能完全變?yōu)楣?。功可以完全變?yōu)闊?，但熱就不能完全變?yōu)楣Α?熱量能熱量能自動(dòng)自動(dòng)地從高溫物體傳向低高溫物體，但不地從高溫物體傳向低高溫物體，但不能能自動(dòng)自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。地從低溫物體傳向高溫物體。 擴(kuò)散現(xiàn)象是有方向的。擴(kuò)散現(xiàn)象是有方向的。 氣體的自由膨脹是有方向性的。氣體的自由膨脹是有方向性的。 . (1)兩種表述是等價(jià)的。兩種表述是等價(jià)的。9-6 可逆過程和不可逆過程可逆過程和不可逆過程

36、 卡諾定理卡諾定理 一一.可逆過程和不可逆過程可逆過程和不可逆過程 一個(gè)系統(tǒng)一個(gè)系統(tǒng),由某一狀態(tài)出發(fā)由某一狀態(tài)出發(fā),經(jīng)過某一過程經(jīng)過某一過程P到達(dá)到達(dá)另一狀態(tài)另一狀態(tài), 如果能找到某種方法使系統(tǒng)和外界完全復(fù)如果能找到某種方法使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原原, 則這一過程則這一過程P稱為稱為可逆過程可逆過程。 如果不能找到某種方法使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原如果不能找到某種方法使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原, 則這一過程則這一過程P稱為稱為不可逆過程不可逆過程。 21pV圖9-1 可逆過程是實(shí)際過程的一種可逆過程是實(shí)際過程的一種抽象，一個(gè)理想。理論上講，抽象，一個(gè)理想。理論上講，只只有無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆有無(wú)摩擦的準(zhǔn)

37、靜態(tài)過程才是可逆的的。而要做到完全沒有摩擦是不。而要做到完全沒有摩擦是不可能的。因而實(shí)際宏觀過程都是可能的。因而實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。不可逆的。 自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程(自自發(fā)過程發(fā)過程)都是不可逆的。都是不可逆的。 這就是熱力學(xué)第二定律的這就是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)。 熱功的轉(zhuǎn)換是不可逆的：功可以完全變?yōu)闊?，熱功的轉(zhuǎn)換是不可逆的：功可以完全變?yōu)闊幔珶峋筒荒芡耆優(yōu)楣?。但熱就不能完全變?yōu)楣Α?熱傳遞是不可逆的：熱量能熱傳遞是不可逆的：熱量能自動(dòng)自動(dòng)地從高溫物體地從高溫物體傳向低高溫物體，但不能傳向低高溫物體，但不能自動(dòng)自動(dòng)地從低溫物

38、體傳向高地從低溫物體傳向高溫物體。溫物體。 擴(kuò)散現(xiàn)象是是不可逆的。擴(kuò)散現(xiàn)象是是不可逆的。 氣體的自由膨脹是是不可逆的。氣體的自由膨脹是是不可逆的。 .二二.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)三三.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義 抽去隔板，氣體將自由抽去隔板，氣體將自由膨脹充滿整個(gè)容器，這個(gè)宏膨脹充滿整個(gè)容器，這個(gè)宏觀過程是不可逆的。觀過程是不可逆的。 但從微觀上看但從微觀上看, 一個(gè)分子一個(gè)分子回到回到A的概率是的概率是1/2, N個(gè)分子個(gè)分子同時(shí)回到同時(shí)回到A的概率是的概率是1/2N 。.圖9-22AB 對(duì)對(duì)1mol氣體，這個(gè)概率是氣體，這個(gè)概率是 幾乎是零。幾乎是零

39、。,.2310022621 這就是說，氣體分子全部自動(dòng)退回到這就是說，氣體分子全部自動(dòng)退回到A的情況是的情況是不可能發(fā)生的。而氣體分子在整個(gè)容器中均勻分布的不可能發(fā)生的。而氣體分子在整個(gè)容器中均勻分布的概率最大。概率最大。 在孤立系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的一切實(shí)際宏觀過程在孤立系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的一切實(shí)際宏觀過程(自發(fā)自發(fā)過程過程) ，總是由熱力學(xué)概率小的宏觀態(tài)向著熱力學(xué)概，總是由熱力學(xué)概率小的宏觀態(tài)向著熱力學(xué)概率大的宏觀態(tài)方向進(jìn)行。率大的宏觀態(tài)方向進(jìn)行。 這就是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義。這就是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義。 熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量作無(wú)序運(yùn)動(dòng)的分子組成的，熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量作無(wú)序運(yùn)動(dòng)的分子組成的，因此任

40、何熱力學(xué)過程都伴隨著分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)的變因此任何熱力學(xué)過程都伴隨著分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)的變化。實(shí)際上，熱力學(xué)概率是與分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性相化。實(shí)際上，熱力學(xué)概率是與分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性相聯(lián)系的。一個(gè)宏觀狀態(tài)的熱力學(xué)概率大，它所包含聯(lián)系的。一個(gè)宏觀狀態(tài)的熱力學(xué)概率大，它所包含的微觀狀態(tài)就多，則分子運(yùn)動(dòng)就更加變化多端，也的微觀狀態(tài)就多，則分子運(yùn)動(dòng)就更加變化多端，也就是分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性就大。因此，熱力學(xué)概率是就是分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性就大。因此，熱力學(xué)概率是分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的一種量度。從這個(gè)意義上講，熱分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的一種量度。從這個(gè)意義上講，熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)還可以理解為：力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)還可以理解為：在孤立

41、系在孤立系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的一切實(shí)際宏觀過程，總是沿著無(wú)序性統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的一切實(shí)際宏觀過程，總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。增大的方向進(jìn)行。四四.卡諾定理卡諾定理 (1)在相同的高溫?zé)嵩丛谙嗤母邷責(zé)嵩?溫度為溫度為T1)與相同的低溫?zé)崤c相同的低溫?zé)嵩丛?溫度為溫度為T2)之間工作的一切可逆機(jī)之間工作的一切可逆機(jī),其效率相等其效率相等,都都等于等于 =1-T2 / T1 ,與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。 (2)在相同的高溫?zé)嵩丛谙嗤母邷責(zé)嵩?溫度為溫度為T1)與相同的低溫?zé)崤c相同的低溫?zé)嵩丛?溫度為溫度為T2)之間工作的一切不可逆機(jī)之間工作的一切不可逆機(jī),其效率不可能其效率不可能高于高于(實(shí)際上是小

42、于實(shí)際上是小于)可逆機(jī)的效率可逆機(jī)的效率,即即121TT 將兩條合起來，將兩條合起來，卡諾定理卡諾定理就是就是等號(hào)等號(hào)“=”, 對(duì)應(yīng)可逆；小于號(hào)對(duì)應(yīng)可逆；小于號(hào)“”, 對(duì)應(yīng)不可逆。對(duì)應(yīng)不可逆。121TT (9-22)9-7 熵熵 熵增加原理熵增加原理 一一.態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù)熵熵 前面講到，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程前面講到，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程(自發(fā)過程自發(fā)過程)都是不可逆的：都是不可逆的： 熱功的轉(zhuǎn)換是不可逆的：功可以完全變?yōu)闊?，但熱功的轉(zhuǎn)換是不可逆的：功可以完全變?yōu)闊?，但熱就不能完全變?yōu)楣?。熱就不能完全變?yōu)楣Α?熱傳遞是不可逆的：熱量能熱傳遞是不可逆的：熱量能自動(dòng)自動(dòng)地從高溫物體

43、地從高溫物體傳向低高溫物體，但不能傳向低高溫物體，但不能自動(dòng)自動(dòng)地從低溫物體傳向高地從低溫物體傳向高溫物體。溫物體。 擴(kuò)散現(xiàn)象是是不可逆的。擴(kuò)散現(xiàn)象是是不可逆的。 氣體的自由膨脹是是不可逆的。氣體的自由膨脹是是不可逆的。 . 我們能否用一個(gè)物理量我們能否用一個(gè)物理量(一個(gè)函數(shù)一個(gè)函數(shù) )的量值變化的量值變化來確切地說明自發(fā)過程的方向性呢？這個(gè)函數(shù)應(yīng)具來確切地說明自發(fā)過程的方向性呢？這個(gè)函數(shù)應(yīng)具有如下性質(zhì)：有如下性質(zhì)： 對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)確定狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)確定狀態(tài),這個(gè)函數(shù)有一個(gè)確定這個(gè)函數(shù)有一個(gè)確定的值的值,當(dāng)系統(tǒng)自發(fā)地從初態(tài)向末態(tài)過渡時(shí)當(dāng)系統(tǒng)自發(fā)地從初態(tài)向末態(tài)過渡時(shí),此函數(shù)值此函數(shù)值也單值地向著

44、一個(gè)方向變化也單值地向著一個(gè)方向變化,由初態(tài)值變到終態(tài)值。由初態(tài)值變到終態(tài)值。這樣這樣,就可根據(jù)這個(gè)態(tài)函數(shù)單向變化的性質(zhì)來判斷實(shí)就可根據(jù)這個(gè)態(tài)函數(shù)單向變化的性質(zhì)來判斷實(shí)際過程進(jìn)行的方向。際過程進(jìn)行的方向。 這樣一個(gè)新的態(tài)函數(shù)就是這樣一個(gè)新的態(tài)函數(shù)就是熵熵。 這些過程的共同特點(diǎn)是這些過程的共同特點(diǎn)是:當(dāng)系統(tǒng)處于初態(tài)時(shí)當(dāng)系統(tǒng)處于初態(tài)時(shí),系系統(tǒng)總要自發(fā)地向末態(tài)過渡。這種自發(fā)過程的不可逆統(tǒng)總要自發(fā)地向末態(tài)過渡。這種自發(fā)過程的不可逆性性,說明系統(tǒng)的初態(tài)和末態(tài)之間存在著某種本質(zhì)上的說明系統(tǒng)的初態(tài)和末態(tài)之間存在著某種本質(zhì)上的差異。差異。由卡諾定理由卡諾定理121211TTQQ 1212QQTT 02211 TQTQ 式中式中Q1、Q2都是表示熱量的絕對(duì)值都是表示熱量的絕對(duì)值,均為正值均為正值,如如果果Q1、Q2都用吸熱都用吸熱(代數(shù)量代數(shù)量)表示表示,則上式可寫成則上式可寫成02211 TQTQ 上式說明，在卡諾循環(huán)中上式說明，在卡諾循環(huán)中, 熱溫比熱溫比(吸熱與溫度之吸熱與溫度之比比)之和不可能大于零。之和不可能大于零。 等號(hào)等號(hào)“=”, 對(duì)應(yīng)可逆；小于號(hào)對(duì)應(yīng)可逆；小于號(hào)“”, 對(duì)應(yīng)不可逆。對(duì)應(yīng)不可逆。 對(duì)一個(gè)任意的循環(huán)過程，對(duì)一個(gè)任意的循環(huán)過程，可視為由無(wú)限