大學物理下熱學05

奧托熱機裝置簡介工質進氣閥活塞排氣閥點火裝置V1VPV2ae奧托循環(huán)過程吸氣V1VPbaV2e絕熱壓縮奧托循環(huán)過程壓縮VPabec絕熱壓縮吸熱Q1爆炸V1V2奧托循環(huán)過程VPcabe絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱Q1作功V1V2奧托循環(huán)過程VPcadbe絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2放熱V1V2奧托循環(huán)過程VPcaeb絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2V1V2奧托循環(huán)過程排氣V1V2Vcadb絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2Pb→c等體吸熱:d→a等體放熱:熱機循環(huán)效率：V1V2Vcadb絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱Q1放熱Q2Pa→b絕熱壓縮過程：c→d絕熱膨脹過程：1423例11mol

氦氣經過如圖所示的循環(huán)過程，其中P2=2P1,V4=2V1.求1—2、2—3、3—4、4—1各過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率.解由理想氣體過程方程得1423例2、有2.5mol的雙原子理想氣體，做如圖的循環(huán)（ac為等溫過程）。求：各過程中的熱量、內能改變和所做的功以及循環(huán)的效率。已知：解：雙原子氣體oVP等溫膨脹等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kd例3.一摩爾氧氣作如圖所示循環(huán),此循環(huán)由兩個等體過程和兩個等溫過程組成,已知V2=2V1,求循環(huán)效率。oVP等溫膨脹等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kdd→a等體過程,工質吸熱a→b等溫過程,工質吸熱（做功）c→d等溫過程,工質做功討論：直線過程中溫度轉換點與吸放熱轉換點（1）無溫度轉換點與吸

轉換點的直線過程PV?甲PV?乙（2）無溫度轉換點而有吸放熱轉換點的過程（3）、有溫度轉換點N與吸放熱轉換點M直線過程<<溫度轉換點TN>>如圖所示直線過程AB，已知：TA=TB對于準靜態(tài)直線過程AB，每一狀態(tài)滿足：直線過程的過程方程：消去P得：由dT/dV=0得：PV?V12V12P1P1?NM<<吸放熱轉換點M>>設：該理想氣體的分子是多原子分子，即CV=3R由dQ/dV=0

得：可見：溫度轉換點不是吸放熱轉換點。由于該過程系統(tǒng)對外作功，而內能無變化，所以整個過程總的來說是吸熱的。從圖中可計算：例3.1mol多原子分子的理想氣體，經如圖所示的循環(huán)，求：該循環(huán)的效率。ABCp12p1V12V1V1VP解：ABCp12p1V12V1V1VPMVMABCp12p1V12V1V1VPMVM

1、開爾文說法：不可能制造出這樣一種循環(huán)工作的熱機，它只使單一熱源冷卻來做功，而不放出熱量給其他物體，或者說不使外界發(fā)生任何變化.一、熱力學第二定律的兩種表述§8.12熱力學第二定律熱力學第一定律說明在一切熱力學過程中，能量一定守恒。但事實證明，滿足能量守恒的過程不一定都能實現(xiàn)。熱力學第二定律就是關于自然過程的方向規(guī)律，它決定了實際過程是否能夠發(fā)生以及沿什么方向進行。等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過程.12W

A低溫熱源高溫熱源卡諾熱機AABCD卡諾循環(huán)是循環(huán)過程，但需兩個熱源，且使外界發(fā)生變化.

永動機的設想圖雖然卡諾致冷機能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化.2、

克勞修斯說法：不可能把熱量從低溫物體自動傳到高溫物體而不引起外界的變化.高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機WABCD二、熱力學第二定律兩種表述的等價性證明（反證法）：設克勞修斯表述不對，熱量可以自動地由低溫熱源傳遞到高溫熱源，在下面設計卡諾熱機中是違反開爾文表述的.高溫熱源低溫熱源高溫熱源低溫熱源A=Q1-|Q2|Q1Q2|Q2|證明（反證法）：設開爾文表述不對，證明克勞修斯表述也不對?？傊?，熱力學第二定律的兩種表述是等效。高溫熱源低溫熱源高溫熱源低溫熱源A=Q1Q1Q2Q2+A=Q2+Q1

Q2注意

1

熱力學第二定律是大量實驗和經驗的總結.

3熱力學第二定律可有多種說法，每一種說法都反映了自然界過程進行的方向性.

2

熱力學第二定律開爾文說法與克勞修斯說法具有等效性.§8.13可逆過程與不可逆過程自然界的一切實際熱力學過程都是按一定方向進行的,反方向的逆過程不可能自動地進行。例如：功熱轉換如圖:重物自動下落,使葉片在水中轉動,和水相互摩擦可使水溫升高。這是機械能轉變成內能的過程,即功變熱的過程。反之,即水溫自動降低,產生水流,推動葉片轉動,帶動重物上升的過程,是熱自動轉變?yōu)楣Φ倪^程是不可能發(fā)生的。自然過程的方向結論：通過摩擦而使功變熱的過程是不可逆的。熱傳導:如吃冰棍拔舌頭,吃火鍋燙舌頭現(xiàn)象,說明熱量由高溫物體傳向低溫物體的過程是不可逆的。結論:熱量不能自動地由低溫物體傳向高溫物體。氣體的絕熱自由膨脹過程：

膨脹前膨脹后自然界中一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都涉及熱功轉換或熱傳導，一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆的。準靜態(tài)無摩擦過程為可逆過程

可逆過程

:在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復正過程的每一狀態(tài),而不引起其他變化,這樣的過程叫做可逆過程.非準靜態(tài)過程為不可逆過程.不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復但必然會引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程.準靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程.

(熱學)可逆過程的條件熱力學第二定律的微觀解釋（實質）1.功熱轉換功變?yōu)闊崾菣C械能（或電能）轉變?yōu)閮饶艿倪^程。從微觀上看，是大量分子的有序（這里指分子速度的方向）運動向無序運動轉化的過程，這是可能的。而相反的過程，即無序運動自動地轉變?yōu)橛行蜻\動，是不可能的。因此從微觀上看，在功熱轉換現(xiàn)象中，自然過程總是沿著使大量分子的運動從有序狀態(tài)向無序狀態(tài)的方向進行。AV兩個溫度不同的物體經過熱接觸，最后達到溫度相同。初態(tài)溫度高的物體分子平均動能大，溫度低的物體分子平均動能小。這意味著雖然兩物體的分子運動都是無序的，但是還能按照分子的平均動能的大小區(qū)分兩個物體。到了末態(tài)，兩物體的溫度變得相同所有分子的平均動能都一樣了，按平均動能區(qū)分兩物體也不可能了。這就是大量分子運動的無序性（這里指分子的動能或分子速度的大?。┯捎跓醾鲗Ф龃罅?。相反的過程，即兩個物體的分子運動從平均動能完全相同的無序狀態(tài)自動地向兩個物體分子平均動能不同的較為有序的狀態(tài)進行的過程是不可能的。因此，從微觀上看，在熱傳導過程中，自然過程總是沿著使大量分子的運動向更加無序狀態(tài)的方向進行。2.熱傳導:TTT1T2圖（1）圖（2）圖（3）

3.氣體的絕熱自由膨脹過程：在熱傳導過程中，自然過程總是沿著使大量分子的運動向更加無序狀態(tài)的方向進行。熱力學第二定律的微觀統(tǒng)計意義在于：一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行?！?.14卡諾定理熵一、卡諾定理：（1）在同樣的一對高溫熱源與低溫熱源之間工作的一切可逆機，其效率和工作物質無關，都等于卡諾機的效率。（2）在同樣的一對高溫熱源與低溫熱源之間工作的一切不可逆機，其效率不可能高于可逆機的效率。證明：略二、熵

（用來描述始末兩態(tài)的差異性及判斷過程的進行方向狀態(tài)函數(shù)）理想氣體卡諾熱機的效率公式：說明：在卡諾循環(huán)中，Q/T的總和為零。如圖可逆循環(huán)：由幾個等溫與絕熱過程構成，即3個卡諾循環(huán)！有：對于任意可逆循環(huán)，如圖所示?？煽醋饕幌盗形⑿】ㄖZ循環(huán)的總和，所以有：該式稱為克勞修斯等式熵的引入：如圖A-1-B-2-A可逆過程例1、設有1mol理想氣體由初態(tài)（T1，V1）經某一過程變化到末態(tài)（T2，V2），求其熵變。熵定義為：當系統(tǒng)沿可逆過程由狀態(tài)A變到狀態(tài)B時，如以

SA和SB分別表示始末狀態(tài)時系統(tǒng)的熵，則熵的增量為熱力學第一定律：熱力學基本關系式三、熵增加原理由卡諾定理：推廣：對任意不可逆過程都有對孤