熱力學(xué)第二定律、習(xí)題課

P.61.8.如圖所示abcda為1mol單原子分子理想氣體進(jìn)行的循環(huán)過程，求循環(huán)過程中氣體從外界吸收的熱量和對(duì)外作的凈功。解:bda211P（105pa）3V(升)c201bda211P（105pa）3V(升)c20或此題非卡諾循環(huán)不能用

=1－T2/T12解:P.62.5.如圖一定量的理想氣體自同一狀態(tài)a，分別經(jīng)a→b，a→c，a→d三個(gè)不同的準(zhǔn)靜態(tài)過程膨脹至體積均為V2的三個(gè)不同狀態(tài)，已知ac為絕熱線，則：(B)(A)a→b必放熱(B)a→b必吸熱(C)a→d可能是等溫過程aV1OPVV2bcd∵絕熱線比等溫線陡∴a→d不可能是等溫線考慮正循環(huán)abca,在整個(gè)循環(huán)中,系統(tǒng)對(duì)外做凈功則系統(tǒng)從外界吸收凈熱量Q=A>0否定(C)3又又即a→b必吸熱。（排除A選B）aV1OPVV2bcdP.62.6.如圖一定量的理想氣體從相同的初態(tài)A分別經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)過程AB、AC(絕熱過程)及AD到達(dá)溫度相同的末態(tài)，則氣體吸(放)熱的情況是：(B)(A)AB吸熱AD吸熱(B)AB放熱AD吸熱(C)AB放熱AD放熱(D)AB吸熱AD放熱4VOPBACD解:比較曲線下的面積可知

而B，C，D處在同一等溫線上，

即所以，

于是

選(B)∵ΔE只與ΔT有關(guān)，∴(絕熱過程)5P.52.7.圖為1mol單原子分子理想氣體的循環(huán)過程，其中a→b是等壓過程，計(jì)算：(1)ab，bc，ca過程中的熱量變化(2)經(jīng)一循環(huán)后的總功(3)循環(huán)效率·b600T(K)44.8c·V（升）a22.40

解:i=3,CV=3R/2=12.47J·mol-1·k-1

CP=5R/2=20.78J·mol-1·k-1，

=1(1)ab是等壓過程由Va/Ta=Vb/Tb得Tb=VbTa/Va=300k300Qab=

CP(Tb–Ta)=20.78×(300－600)=－6234(J)6P.61.5、一定量的理想氣體經(jīng)歷一準(zhǔn)靜態(tài)過程后，內(nèi)能增加，并對(duì)外作功則該過程為：()(A)絕熱膨脹過程(B)絕熱壓縮過程(C)等壓膨脹過程(D)等壓壓縮過程解:對(duì)外作功，體積必膨脹，排除(B)、（D）絕熱膨脹過程，內(nèi)能必減少，排除（A）,選(C)C9P.61.6、1mol氧氣由初態(tài)A(P1、V1)沿如圖所示的直線路徑變到末態(tài)B(P2、V2)，試求上述過程中，氣體內(nèi)能的變化量，對(duì)外界所作的功和從外界吸收的熱量(設(shè)氧氣可視為理想氣體，且Cv＝5R/2)解:從圖可知VB··AP2P1OPV1V210P.59.1.質(zhì)量為100g的水蒸汽，溫度從120℃升高到150℃，若視水蒸汽為理想氣體，在體積不變的情況下加熱，需熱量QV=，在壓強(qiáng)不變的情況下加熱，需熱量QP

=。解:已知M=0.1kg，

=18×10-3kg/mol，i=6T1=393k，T2=423k，CV=3R，CP=4R4170J5550J11例題.1mol氮?dú)?視為理想氣體)作如圖所示的循環(huán)abcd，圖中ab為等容線，bc為等溫線，ca為等壓線，求循環(huán)效率。(注意與P.61.7的區(qū)別)b·ac21P（105pa）36·V(升)解:已知Pa=Pc=105帕，Pb=2×105帕Vc=36

10-3m3,i=5CV=5R/2,CP=7R/2bc是等溫過程

E

=01812ca是等壓過程ab是等體過程在整個(gè)循環(huán)過程中，系統(tǒng)從外界吸熱和向外界放熱。b·ac21P（105pa）36·V(升)181314一、可逆過程和不可逆過程1、定義：一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)過程P從一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)，如果存在一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則說明原過程

P

是可逆的，否則是不可逆的。注意關(guān)鍵詞判斷的是原過程P系統(tǒng)和外界全復(fù)原12P§15.5、6熱力學(xué)第二定律

可逆與不

可逆過程卡諾定理

15可逆過程是理想過程，只有準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦的過程才是可逆的過程。P準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦初始小過程恢復(fù)小過程單擺的無磨擦擺動(dòng)是可逆過程。二、一切自然過程都是不可逆過程自然過程有明顯的方向性如功變熱、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散。161、熱轉(zhuǎn)換其唯一效果是（自動(dòng)地）把熱全部轉(zhuǎn)變成功的過程是不可能發(fā)生的。2、熱傳導(dǎo)

其唯一效果是熱量從低溫物傳向高溫物體的過程是不可能發(fā)生的。3、結(jié)論

1)自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程均是不可逆過程。

2)宏觀上與熱相伴過程的不可逆性是相互溝通的。17三.熱力學(xué)第二律的表述1、開爾文表述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)生其他的影響。

注意定律中的單一熱源和不產(chǎn)生其他的影響這兩句話。單一熱源是指溫度均勻且恒定的熱源。其他的影響是指除了從單一熱源吸取熱量全部用來做功以外的任何其他的變化。從單一熱源吸取的熱量全部用來做功是可能的但會(huì)產(chǎn)生其他的影響。如氣體的等溫膨脹過程。18熱二定律表明，任何熱機(jī)從外界高溫?zé)嵩次〉臒崃慷疾荒苋坑脕韺?duì)外做功，它不可避免地要將部分熱量釋放到外界低溫?zé)嵩慈ァ?/p>

>100%的熱機(jī)叫做第一類永動(dòng)機(jī)，它違反了熱力學(xué)第一定律，是不可能造成的。而

=100%的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)，它并不違反熱一定律,第二類永動(dòng)機(jī)能否造成呢？熱二定律表明，這類永動(dòng)機(jī)也是不能造成的。另一種表述：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。192、克勞修斯表述熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體。

注意表述中自動(dòng)兩個(gè)字。可以證明，開爾文表述和克勞修斯表述是等價(jià)的。（由其中的一個(gè)表述可推出另一個(gè)表述，四.卡諾定理熱二定律指出

,那么熱機(jī)效率最高等高溫物體是可能的，如致冷機(jī)就是將熱量從低溫物體傳向高溫物體，但這不是自動(dòng)地。熱量從低溫物體傳向見教材P.276.第3、4、5段）。20于多少呢?法國工程師卡諾提出了卡諾定理回答這個(gè)問題?？ㄖZ定理在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆機(jī)，不論用什么工作物質(zhì)，其效效率都相等，都等于理想氣體可逆卡諾熱機(jī)的效率，即在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆機(jī)的效率，都不可能大于可逆熱機(jī)的效率，即21P.51.9.4×10-3kg的H2被活塞封閉在容器的下半部而與外界平衡，容器開口處有一凸出邊緣可防止活塞脫離，如圖，(活塞的質(zhì)量和厚度可忽略)現(xiàn)把2×104J的熱量緩慢地傳給氣體，使氣體膨脹，求H2最后的壓強(qiáng)，溫度和體積各變?yōu)槎嗌伲?活塞外大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))活塞H2解：

已知M=4×10-3kg,μ=2×10-3kg/molT0=273.15K,P0=1.013×105PaQ=2×104J,i=5,CV=5R/2,CP=7R/2

ν=M/μ=2mol由P0V0=νRT0得22由題意可知，過程的開始階段是等壓膨脹過程,

初態(tài)的狀態(tài)參量為P0、T0、V0，末態(tài)為P0、、V且V=2V0=8.96×10-2m3等壓過程中氣體吸收熱量∵Q>QP∴等壓膨脹過程結(jié)束后氣體狀態(tài)將繼續(xù)作

等體變化，該過程初態(tài)為P0、T'、V，末態(tài)為P、T、V

23由QV=Q－Q