大學(xué)物理第8章熱力學(xué)

1、1第第 8 章章 (Fundament of thermodynamics)熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)2 p-V圖上圖上一條曲線一條曲線代表一個代表一個準(zhǔn)準(zhǔn)靜態(tài)過程。靜態(tài)過程。 p-V圖上圖上一點(diǎn)一點(diǎn)代表一個代表一個平衡態(tài)；平衡態(tài)；21pV 系統(tǒng)從初態(tài)到末態(tài)，其間經(jīng)歷的每一中間態(tài)都無系統(tǒng)從初態(tài)到末態(tài)，其間經(jīng)歷的每一中間態(tài)都無限接近于平衡態(tài)，這個過程就稱為限接近于平衡態(tài)，這個過程就稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程(或或平平衡過程衡過程)。 (1)只有進(jìn)行得只有進(jìn)行得無限緩慢無限緩慢過程，才是準(zhǔn)靜態(tài)過程。過程，才是準(zhǔn)靜態(tài)過程。因此，準(zhǔn)靜態(tài)過程只是實(shí)際過程的近似和抽象。因此，準(zhǔn)靜態(tài)過程只是實(shí)際過程的近似和抽象。

2、(2)對給定的氣體，對給定的氣體， 8.1 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律一一.熱力學(xué)熱力學(xué)過程過程平衡態(tài)被破壞平衡態(tài)被破壞系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)的變化狀態(tài)的變化過程過程3 內(nèi)能是內(nèi)能是狀態(tài)的單值函數(shù)狀態(tài)的單值函數(shù)，與過程無關(guān)。，與過程無關(guān)。 21pV2.功和熱功和熱 功：功：宏觀位移；有規(guī)則能宏觀位移；有規(guī)則能無規(guī)無規(guī)則能。則能。 熱：熱：傳熱過程；無規(guī)則能傳熱過程；無規(guī)則能無規(guī)無規(guī)則能。則能。 功功和和熱熱都是狀態(tài)變化的量度都是狀態(tài)變化的量度, 是是過程量過程量。1.理想氣體的理想氣體的內(nèi)能內(nèi)能：pViRTiME22 二二. 熱力學(xué)中的基本物理量熱力學(xué)中的基本物理量43.準(zhǔn)靜態(tài)過程中功的計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)過程

3、中功的計(jì)算. . . . . . .pSdx 微小過程氣體微小過程氣體對外對外作的元功：作的元功： dA=pSdxdV 21VVpdVA (1)體積體積膨脹膨脹過程，過程， 氣體對外作氣體對外作正功正功。 對體積對體積壓縮壓縮過程，過程，氣體對外作氣體對外作負(fù)功負(fù)功。 體積體積V1V2，則，則氣體氣體對外對外作的功作的功為為=pdV5 (2) 在在p-V圖上圖上, 功是曲線下的面積功是曲線下的面積曲線下的面積曲線下的面積=pdV=A (氣體對外作的功氣體對外作的功) 不同的過程，功是不同的過程，功是不一樣的，所以功是過不一樣的，所以功是過程量。程量。 21VVpV21V1V2dVp6Q=E2-

4、E1 + A Q 系統(tǒng)系統(tǒng)從外界吸收的熱量從外界吸收的熱量 E2-E1系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)能的增量內(nèi)能的增量 A 系統(tǒng)系統(tǒng)對外對外作的功作的功 對微小過程：對微小過程： dQ=dE + dA 對理想氣體的準(zhǔn)靜態(tài)過程對理想氣體的準(zhǔn)靜態(tài)過程:三三.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律pdVRdTiMdQ 2 dA=pdVRTiME2 E2-E1= Q+ W, W= -A 7 解解 Q= E2-E1 + A 過程過程abc : 800= E2-E1 + 500 過程過程cda: Q= E2-E1 - 300=300 -300=0pVabcd正確的解法是：正確的解法是： 過程過程abc : 800= Ec-Ea + 5

5、00 Ec-Ea=300 過程過程cda: Q= Ea-Ec - 300=-600過程過程cda放熱放熱600J。 例題例題 8.1 過程過程abc : 吸熱吸熱800J, 對外作功對外作功 500J ；過程；過程cda: 外界對氣體作功外界對氣體作功300J。問：問： cda是吸熱還是放熱過程？是吸熱還是放熱過程？8 解解 Q= E2-E1 + A 過程過程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= 過程過程abcda吸熱吸熱: Q = Ea-Ea+Aabcda = Aabcda=Aabc+ Ada =700-34102=-500JpViE2 abcA )VpVp(iaacc 2abc

6、A =曲線曲線abc下的面積下的面積P(105pa)4 V(10-3m3)114oabcd 例題例題 8.2 過程過程abc吸熱吸熱700J，問：問：過程過程 abcda吸熱多少？吸熱多少？9 解解 過程過程ab : Aab= abcP(atm)4 V(l)213o)VV)(pp(cbab 21= 405.2J Eab=)VpVp(aabb 25= -506.5JQab= Eab + Aab= -101.3J 過程過程bc : Abc= pb(Vc-Vb)=-202.6J Ebc=)VpVp(bbcc 25=-506.5JQbc= Ebc + Abc= -709.1JRTiMpViE22 例題

7、例題 8.3 雙原子雙原子分子經(jīng)過程分子經(jīng)過程abca, 求各分求各分過程之過程之A、 E和和Q及整個過程對外作的凈功。及整個過程對外作的凈功。10Qca= Eca + Aca= 1013JabcP(atm)4 V(l)213o過程過程ca : Aca)VpVp(ccaa 25= 1013J整個過程整個過程abca對外作的凈功：對外作的凈功： A = Aab +Abc +Aca = 405.2 -202.6 +0= 202.6J或或 A = abc的面積的面積210013. 1 )13)(24(21 = 202.6J Eca= 011四四. 摩爾熱容摩爾熱容dTdQCVV pdVRdTiMdQ

8、V 2 熱一：熱一：RdTi2 RiCV2 1 MdV=0 一摩爾的物質(zhì)，溫度升高一摩爾的物質(zhì)，溫度升高(或降低或降低)一度時一度時所吸收所吸收 (或放出或放出)的熱量，稱為該物質(zhì)的摩爾熱的熱量，稱為該物質(zhì)的摩爾熱容量容量C。 1.等體摩爾熱容等體摩爾熱容CV 1mol氣體，保持體積不變，吸氣體，保持體積不變，吸(或放或放)熱熱dQV, 溫度溫度升高升高(或降低或降低)dT，則等體，則等體(定容定容)摩爾熱容為摩爾熱容為12dTdQCpp pdVdTCpdVRdTidQVp 2熱一：熱一：又又 pV=RT, pdV=RdTRdTdTCdQVp RiRCCVp22 2.等壓摩爾熱容等壓摩爾熱容C

9、p 1mol氣體，保持壓強(qiáng)不變，吸氣體，保持壓強(qiáng)不變，吸(或放或放)熱熱dQp ,溫度升高溫度升高(或降低或降低)dT，則等壓摩爾熱容為，則等壓摩爾熱容為13 對理想氣體分子，單原子對理想氣體分子，單原子 =5/3=1.67， 剛性雙剛性雙原子原子 =7/5=1.40，剛性多原子，剛性多原子 =8/6=1.33。 為什么為什么Cp CV ? 這是由于在這是由于在等壓過程等壓過程中，氣體不但要吸收與等體中，氣體不但要吸收與等體過程同樣多的熱量來增加內(nèi)能，同時還須多吸收一部過程同樣多的熱量來增加內(nèi)能，同時還須多吸收一部分熱量來用于分熱量來用于對外作功對外作功。 用等體摩爾熱容用等體摩爾熱容CV，熱

10、力學(xué)第一定律可寫為，熱力學(xué)第一定律可寫為比熱容比比熱容比(泊松比、絕熱系數(shù)泊松比、絕熱系數(shù))定義為定義為iiCCVp2 pdVdTCMdQV 14 3.多方過程的摩爾熱容多方過程的摩爾熱容C pdVCCRRdTV 由由 pV=RT pdV+Vdp=RdT01 Vdp)CCR(pdVV01 VdV)CCR(pdpVnCCRV 1令令多方指數(shù)多方指數(shù) 多方過程多方過程摩爾熱容摩爾熱容C為常量的準(zhǔn)靜態(tài)過程。為常量的準(zhǔn)靜態(tài)過程。 熱一：熱一： CdT=CVdT+pdV150 VdVnpdp多方過程摩爾熱容為多方過程摩爾熱容為1 nRCCVRTMpV ,CTVn 1CTPnn 1nCCRV 1由由,Cp

11、Vn 16,CpVn 1 nRCCV,CTVn 1CTPnn 1討論：討論：(1) n=0, 等壓過程，等壓過程， Cp=CV+R ,過程方程過程方程: T/V=C;(2) n=1, 等溫過程，等溫過程，CT = , 過程方程過程方程: pV=C;(3) n= , 等體過程等體過程, CV =iR/2 , 過程方程過程方程: p/T=C;(4) n= , 絕熱過程，絕熱過程，CQ=0, 過程方程過程方程:,CpV ,CTV 1 CTP 117 問題：問題：過程方程與狀態(tài)方程有何區(qū)別？過程方程與狀態(tài)方程有何區(qū)別？ 過程方程：過程方程：過程當(dāng)中過程當(dāng)中狀態(tài)狀態(tài)參量的參量的變化變化關(guān)系。關(guān)系。 例如

12、例如：在：在等溫過程，其等溫過程，其過過程方程就是程方程就是 p1V1= p2V2狀態(tài)狀態(tài)參量參量(p,V,T)之間之間的關(guān)系。的關(guān)系。P1 P2 V1V212RTMpV 18pV1(p1 ,V,T1)2(p2 ,V,T2)(12TTCMEV (2)(3) A=0)(12TTCMV (4) Q= E+A(5)RiCV2 1.等體過程等體過程(1)特征特征: V=C 過程方程：過程方程：p/T=C五五. 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用19(1)特征特征: T=C 過程方程：過程方程：pV=C0)(12 TTCMEV (2)(5) TC(3) 12lnVVRTMA (4) Q= E+A1

13、2lnVVRTM pV2(p2 ,V2 ,T)1(p1 ,V1 ,T) 21VVpdVARTMpV 21VVVdVRTM 12lnVVRTM 2.等溫過程等溫過程20(1)特征特征: p=C 過程方程：過程方程：V/T=C(5)RiRCCVp22 (3) )VV(pA12 (4) Q= E+A)(12TTCMp RTMpV 3.等壓過程等壓過程21pVpV2V1)(12TTRM )(12TTCMEV (2)21(1)特征特征: 吸熱吸熱Q=0 過程方程：過程方程：(5)0 QC(3)A= )(12TTCMEV (4) Q=04.絕熱過程絕熱過程,CpV ,CTV 1 CTP 1Q= E+A=0

14、pV2(p2 ,V2 ,T2)1(p1 ,V1 ,T1)(12TTCMEV (2)22pV2(p2 ,V2 ,T2)1(p1 ,V1 ,T1)等溫等溫絕熱絕熱 等溫膨脹過程，壓強(qiáng)的減小，僅來自體積的增大。等溫膨脹過程，壓強(qiáng)的減小，僅來自體積的增大。 而絕熱膨脹過程，壓強(qiáng)的減小，不僅因?yàn)轶w積的增而絕熱膨脹過程，壓強(qiáng)的減小，不僅因?yàn)轶w積的增大，而且還由于溫度的降低。大，而且還由于溫度的降低。等溫等溫: pV=CVpdVdp 絕熱絕熱: pV =CVpdVdp 為什么絕熱線比等為什么絕熱線比等溫線更陡些？溫線更陡些？23 (2)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的1mol氧氣，在保持體積不變的情氧氣，在保持體積不變

15、的情況下吸熱況下吸熱840J， 壓強(qiáng)將變?yōu)閴簭?qiáng)將變?yōu)?。QV =CV(T-To）,VVoCQTT oVRTp 0TTpo=1.163105 pa1.163105papo=1.0131058 .2025RCV)()(1212TTRVVpA 例題例題 8.4 (1)氧氣氧氣(視為剛性理想氣體分子視為剛性理想氣體分子)在一等壓膨脹過程中，對外作功在一等壓膨脹過程中，對外作功A，則從外界，則從外界吸收的熱量為多少吸收的熱量為多少?)(12TTCQp )(2712TTR A27 24pV解解12lnVVRTMQo )(oVTTCM 即即 Q=3RToln5+3CV(T-To)VoTo5VoT,VTVTo

16、oo5 T=5To于是解得于是解得 CV =21.13911.CRCCVVp 由于始末態(tài)等壓：由于始末態(tài)等壓： 例題例題 8.5 3mol氣體，氣體，To=273K，先等溫膨先等溫膨脹為原體積的脹為原體積的5倍，再等體加熱到初始壓強(qiáng)，倍，再等體加熱到初始壓強(qiáng)，整個過程氣體整個過程氣體吸熱吸熱8104J。畫出。畫出pV圖，并求圖，并求出絕熱系數(shù)出絕熱系數(shù) 。25 例題例題 8.6 pb是絕熱過程是絕熱過程, 問問: pa和和pc是是吸熱還是放熱過程吸熱還是放熱過程?于是有于是有 Ea-EpEb-EpEc-Ep知知: EaEbEcRTpV 由由顯然顯然 ApaApbApc亦即亦即 QpaQpbQp

17、c Ea-Ep +Apa Eb-Ep +Apb Ec-Ep +Apc =0 所以所以 pa是吸熱是吸熱, pc是放是放熱過程。熱過程。pVpabc26po ,V,ToV解解 由由絕熱過程方程：絕熱過程方程： )V(pVpo2 2opp 錯。這不是準(zhǔn)靜態(tài)過程，所以不能用過程方程。錯。這不是準(zhǔn)靜態(tài)過程，所以不能用過程方程。 由于由于此過程中內(nèi)能不變，有此過程中內(nèi)能不變，有)V(piVpio222 opp21 熱一：熱一：00)( oVTTCMQ T =To 例題例題 8.7 左邊：左邊：po ,V,To，右邊：真空，右邊：真空，容積容積V。抽去隔板，氣體作抽去隔板，氣體作絕熱自由膨脹絕熱自由膨脹，

18、求平衡時的壓強(qiáng)和溫度。求平衡時的壓強(qiáng)和溫度。278.2 循環(huán)過程循環(huán)過程 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)pV正循環(huán)正循環(huán)(順時針順時針)Q1Q2AA用途用途: 對外作功對外作功用途用途: 致冷致冷pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時針逆時針)Q1Q2 一一.循環(huán)過程循環(huán)過程 系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)一系列過程，又回到初系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)一系列過程，又回到初態(tài)，這樣的過程稱為態(tài)，這樣的過程稱為循環(huán)過程循環(huán)過程。 (1)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。28 (2)一個正循環(huán)氣體對外作的一個正循環(huán)氣體對外作的凈功凈功(或一個逆循或一個逆循環(huán)外

19、界對氣體作的凈功環(huán)外界對氣體作的凈功)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)一個循環(huán)，氣體內(nèi)能不變，故熱力學(xué)第經(jīng)一個循環(huán)，氣體內(nèi)能不變，故熱力學(xué)第一定律寫為一定律寫為 Q1 -Q2 =ApV正循環(huán)正循環(huán)(順時針順時針)pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時針逆時針)Q1Q2AQ1Q2A29(5) 逆循環(huán)的致冷系數(shù)逆循環(huán)的致冷系數(shù)2122QQQAQ 21211QAAQQQA (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)(順時針順時針)Q1Q2AA用途用途: 對外作功對外作功pV逆循環(huán)逆循環(huán)(逆時針逆時針)Q1Q230解解1211QQQA 12VVlnRTQab VV1

20、V2pacbT2lnRT 0 吸熱吸熱)TT(CQcpbc 0 吸熱吸熱caabbcQQQQQ 1112 例題例題 8.8 1mol單原子氣體，經(jīng)循環(huán)過程單原子氣體，經(jīng)循環(huán)過程abca，ab是等溫過程，是等溫過程，V2=2V1, 求循環(huán)效率。求循環(huán)效率。31VV1V2pacbT)TT(ClnRT)TT(CcVcp 21 用等壓過程方程：用等壓過程方程：21VTVTc ,VT12 Tc=T/2)(ln)(211232211251 =13.4%32解解121QQ pVabcdabcdQQ 1)TT(vC)TT(vCabpdcp 1)TT()TT(TTbacdbc 111由絕熱過程方程：由絕熱過程方

21、程：bcTT 1=25%cbaTTTTd ddaaTpTp11 ccbbTpTp11 例題例題 8.9 abcda是噴氣發(fā)動機(jī)的循環(huán)過程，是噴氣發(fā)動機(jī)的循環(huán)過程，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。33解解 (1)bcpVaVopo9poTo,TpTp:abbooo9 得得 Tb=9Toca: po / Vo2=9po / Vc 2, Vc=3Vo,VTVT:bcocoo39 得得 Tc=27TooobVabRT)TT(CQ12 obcpbcRT)TT(CQ45 例題例題 8.10 1mol單原子氣體，

22、經(jīng)循環(huán)過程單原子氣體，經(jīng)循環(huán)過程abca，ca的曲線方程為的曲線方程為 p/V 2= po / Vo2, a點(diǎn)的點(diǎn)的溫度為溫度為To; 求求:(1) 各分過程的吸熱各分過程的吸熱(以以To，R表表示示)；(2) 循環(huán)效率。循環(huán)效率。34bcpVaVopo9poTop/V 2= po / Vo2, Vc=3Vo , Tc=27TooRT326 ocacaVcaRT.A)TT(CQ747 (2) 循環(huán)效率循環(huán)效率121QQ 45127 .471=16.3%bcabcaQQQ 1)VV(VppdVAcaVVoocaac3323 oobVabRT)TT(CQ12 obcpbcRT)TT(CQ45 35

23、二二.卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)由卡諾循環(huán)由兩個等溫兩個等溫過程和過程和兩個絕熱兩個絕熱過程過程組成。高溫?zé)嵩礈囟冉M成。高溫?zé)嵩礈囟萒1, 低溫?zé)嵩礈囟鹊蜏責(zé)嵩礈囟萒2。,VVlnRTQabab1 cdcdVVlnRTQ2 121QQ abdcVVlnVVlnTT 1211211 cbVTVT:bc1211 daVTVT:addcabVVVV 121TT dT1abcT2pVQ1Q236121QQ 121TT 由由1212TTQQ 得得對卡諾致冷機(jī)，顯然其致冷系數(shù)為對卡諾致冷機(jī)，顯然其致冷系數(shù)為2122QQQAQ 212TTT 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)?/p>

24、源的溫度有關(guān)，而與工作物質(zhì)無關(guān)。而與工作物質(zhì)無關(guān)。121TT 37 例題例題 8.11 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，則一個卡諾循環(huán)中氣體把吸熱的倍，則一個卡諾循環(huán)中氣體把吸熱的 倍交給低溫?zé)嵩?。倍交給低溫?zé)嵩?。所以所?11221QnQTTQ 1/n1212TTQQ 因因apVb 例題例題 8.12 兩卡諾循環(huán)曲線包圍的面積相等，則兩卡諾循環(huán)曲線包圍的面積相等，則循環(huán)效率循環(huán)效率 a b吸熱吸熱 Qa Qb 1121QATT 38 解解 2122TTTAQ =12.521000JQA 即要從冷凍室吸走即要從冷凍室吸走12500 J的熱量

25、，需消耗電能的熱量，需消耗電能1000J。 例題例題 8.13 把電冰箱視為卡諾致冷機(jī)，室把電冰箱視為卡諾致冷機(jī)，室溫溫T1=11 C, 冷凍室溫度冷凍室溫度T2= - -10 C ，要從冷凍要從冷凍室吸走室吸走12500 J的熱量，需消耗多少電能？的熱量，需消耗多少電能？398.3 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 一一.熱力學(xué)第二定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述 1.開爾文表述開爾文表述 不可能制成一種不可能制成一種循環(huán)動作循環(huán)動作的熱機(jī)，只從單一熱的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之完全變成有用的功，而不產(chǎn)生其源吸收熱量，使之完全變成有用的功，而不產(chǎn)生其他影響。他影響。 單一熱源單一熱源

26、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。 (1)循環(huán)動作循環(huán)動作 循環(huán)過程才能使系統(tǒng)還原。如等溫膨脹過程，循環(huán)過程才能使系統(tǒng)還原。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，但等溫就只從單一熱源吸熱使之完全變成有用功，但等溫過程不是循環(huán)過程，產(chǎn)生了氣體體積膨脹的影響。過程不是循環(huán)過程，產(chǎn)生了氣體體積膨脹的影響。40 高溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩?。高溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩础?工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?，一部分用來對工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?，一部分用來對外作功，同時還必須向低溫?zé)嵩捶懦鲆徊糠譄崃?，外作功，同時還必須向低溫?zé)嵩?/p>

27、放出一部分熱量，系統(tǒng)才能回到初始狀態(tài)。系統(tǒng)才能回到初始狀態(tài)。 即熱機(jī)的效率總是小于即熱機(jī)的效率總是小于100%。 2.克勞修斯表述克勞修斯表述 熱量不能熱量不能自動自動地從低溫物體傳向高溫物體。地從低溫物體傳向高溫物體。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動自動。 兩種表述是等價(jià)的。兩種表述是等價(jià)的。(2)循環(huán)動作的熱機(jī)至少要有兩個熱源：循環(huán)動作的熱機(jī)至少要有兩個熱源：41 兩種表述的等價(jià)性兩種表述的等價(jià)性 1. 若克氏表述成立，則開氏表述亦成立。若克氏表述成立，則開氏表述亦成立。反證法：反證法：等價(jià)等價(jià)設(shè)開氏表設(shè)開氏表述不成立述不成立則克氏表則克氏表述不成立述不成立2. 若開氏表述成立，則克氏表述也成立（同

28、理）若開氏表述成立，則克氏表述也成立（同理）A=Q1T1Q1 T1T2Q2Q1+Q2 T2 Q242 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)行是都能實(shí)現(xiàn)，過程的進(jìn)行是有方向、有條件有方向、有條件的：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)闊幔珶峋筒荒芡耆優(yōu)楣Α?熱量能熱量能自動自動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，但不能能自動自動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。

29、. 熱力學(xué)第一定律表明，任何過程都必?zé)崃W(xué)第一定律表明，任何過程都必須遵守能量守恒。須遵守能量守恒。43 系統(tǒng)從系統(tǒng)從A狀態(tài)經(jīng)一過程狀態(tài)經(jīng)一過程P演化到演化到B狀態(tài)，狀態(tài)， 如果能如果能找到某種方法使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原，找到某種方法使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原， 則過程則過程P稱為稱為可逆過程可逆過程。 如果找不到任何方法使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原如果找不到任何方法使系統(tǒng)和外界同時復(fù)原, 則則這一過程這一過程P稱為稱為不可逆過程不可逆過程。 21pV 只有無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是只有無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆的?？赡娴?。 可逆過程必然是可以沿原路徑可逆過程必然是可以沿原路徑反向進(jìn)行的（時間反演）。反向進(jìn)行的（

30、時間反演）。 它是實(shí)際過程的一種抽象，是它是實(shí)際過程的一種抽象，是一個理想模型。一個理想模型。二二.可逆過程和不可逆過程可逆過程和不可逆過程44 比如摩擦生熱、氣體自由擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)等。比如摩擦生熱、氣體自由擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)等。再比如生命過程也是不可逆的。再比如生命過程也是不可逆的。見馬克思見馬克思出生出生 童年童年少年少年青年青年中年中年 不可逆！不可逆！老年老年子在川上曰：“逝者如斯夫！”一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程實(shí)際宏觀過程（自發(fā)（自發(fā)過程）都是過程）都是不可逆不可逆的。的。45三三.卡諾定理卡諾定理將兩條合起來，將兩條合起來，卡諾定理卡諾定理就是就是等號等號“=”, 對

31、應(yīng)可逆；小于號對應(yīng)可逆；小于號“”, 對應(yīng)不可逆。對應(yīng)不可逆。pVb(可逆可逆)1(S1).2(S2)a(不不可逆可逆) 12SS 21TdQ54pdVdEdQTdS 對孤立系統(tǒng)對孤立系統(tǒng)(與外界無能量交換的系統(tǒng)與外界無能量交換的系統(tǒng)): S2=S1 (可逆過程可逆過程) S2S1 (不可逆過程不可逆過程) 在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何不可逆過程，不可逆過程，總是向著總是向著熵增加熵增加的方向進(jìn)行；只有可逆過程熵才保持不變。的方向進(jìn)行；只有可逆過程熵才保持不變。二二.熵增加原理熵增加原理等號等號“=”, 對應(yīng)可逆；大于號對應(yīng)可逆；大于號“”, 對應(yīng)不可逆。對應(yīng)不可逆。對一個無限

32、小的元過程，上式可寫為對一個無限小的元過程，上式可寫為 12SS 21TdQ55幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明: (1) 熵增加原理只對熵增加原理只對孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)成立。若不是成立。若不是孤立系統(tǒng)，則熵是可增可減的。孤立系統(tǒng)，則熵是可增可減的。 由由dS=dQ/T可知，吸熱過程熵增加；放熱過程可知，吸熱過程熵增加；放熱過程熵減小。熵減小。 (2) 孤立系統(tǒng)由非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡時，孤立系統(tǒng)由非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡時， S 增加，增加，最終的最終的平衡態(tài)平衡態(tài)一定是一定是 S = Smax的狀態(tài)。的狀態(tài)。 (3) 熵給出了孤立系統(tǒng)中過程進(jìn)行的熵給出了孤立系統(tǒng)中過程進(jìn)行的方向方向和和限度限度。熵增加原理是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示。熵增加原理是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示。56 “熱寂說熱寂說”把宇宙看作是把宇宙看作是“靜態(tài)的靜態(tài)的”，它有一個確定的最，它有一個確定的最大熵。大熵。 從現(xiàn)代的宇宙論看，宇宙不是一個通常意義下的熱力學(xué)系從現(xiàn)代的宇宙論看，宇宙不是一個通常意義下的熱力學(xué)系統(tǒng)。支配宇宙的演化是引力，而其他三種相互作用和引力的精統(tǒng)。支配宇宙的演化是引力，而其他三種相互作用和引力的精確配合決定了確配合決定了宇宙目前的局部結(jié)構(gòu)宇宙目前的局部結(jié)構(gòu)（原子，天體，星系，生（原子，天體，星系，生命）。命）。克萊修斯的克萊修