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 专 业：电子科学与技术 学 时：　16 教学用书 《热力学与统计物理学》汪志诚 高等教育出版社 方法与特点： 热力学： 以大量实验总结出来的几条定律为基础，应用严密逻辑推理和严格数学运算来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。 较普遍、可靠，但不能求特殊性质。 统计物理： 从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动，通过求统计平均来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。 可求特殊性质，但可靠性依赖于微观结构的假设，计算较麻烦。 两者体现了归纳与演绎不同之处，可互为补充，取长补短。 结论： 2） 1）?只与T1和T2有关，而与工质无关 　萨迪-卡诺（Sadi Carnot）, 1796～1832, 法国物理学家。1824年，他（28岁）创立理想热机理论，“卡诺热机”、“卡诺循环”和“卡诺定理”，已是大家所熟悉的科学名词。但卡诺的理论在创立后长期未能得到应有的重视。 理想气体卡诺循环效率的另一种计算方法: 是温度的函数 对于理想气体卡诺循环，根据理想气体的内能仅是温度的函数以及热力学第一定律，可求得其效率为 根据理想气体准静态绝热过程的热力学第一定律 M. Bucher, Am. J. Phys. 1986，54：850. Z. Yan and J. Chen, Am. J. Phys. 1990, 58: 404. 卡诺循环性能的图形表示 问题的提出 是否满足热力学第一定律的过程就一定会发生？ 热力学过程必须满足热力学第一定律。 T1 W=Q Q E Q T1 E T2 Q 1.热力学第二定律的两种典型表述 1.1 开尔文表达 不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。 强调“不产生其影响” T1 W=Q Q E 第二类永动机（单热源热机）不可能存在 实际热机最少要有两个热源(T1, T2)，其效率? 100% W=Q1-Q2 Q2 Q1 E T1 T2 T2 T1 Q2 W=Q1-Q2 热功转化的不可逆性 f v0 1.2 克劳修斯表达 热量不可能从低温物体传给高温物体而不引起其它变化。 要使热量从低温物体传给高温物体，必须有外界　作功。 W Q2 Q1＝ Q2＋W E T1 T2 T2 T1 Q2 W=Q1-Q2 强调“不产生其影响” 热量传递的不可逆性 T1 T2 Q (T1T2) T1 T2 Q (T1T2) 2.两种表述的等效性 1.1 如果开尔文表述不成立，则克劳修斯表述也不成立 Q2 Q1+Q2 E W=Q1 E Q1 高温热源T1 低温热源T2 Q2 Q2 高温热源T1 低温热源T2 2.2 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立 Q2 W=Q1-Q2 Q2 Q1 E 高温热源T1 低温热源T2 W=Q1-Q2 E Q1-Q2 高温热源T1 低温热源T2 开尔文 Kelvin，William Thomson，Lord （1824～1907） 克劳修斯（Ruelolf Clausius,1822--1888）, 3.1 可逆过程与不可逆过程 设在某一过程 L 中，系统从状态 A 变化到状态B 。如果能使系统从状态 B 逆向回复到初状态 A ，而同时外界也恢复原状，过程 L 就称为可逆过程。 如果系统不能回复到原状态 A ，或者虽然能回复到初态 A ，但外界不能恢复原状，那么过程 L 称为不可逆过程。 3．自然过程的不可逆性 3.2 自然过程的不可逆性 热功转换的不可逆性： W Q 100％ W Q 100％ T1 T2 Q (T1T2) T1 T2 Q (T1T2) 热传递的不可逆性： 系统内能增量等于外界对系统所作的功与系统所吸收的热量的和： 无限小过程： Q W p1 U1 p2 U2 内能是状态函数。当系统的初态A和终态B给定后，内能之差就有确定值，与系统由A到达B所经历的过程无关; 而功和热量则是在过程中传送的能量，是与过程有关。 但 系统经历一个无穷小的过程，内能的变化为dU，外界对系统所作的功为 ，系统从外界吸收收热量为 ，则有 系统由状态A经历两个不同的过程I、II到达状态B， 在过程 I传递的功 和热量 ， 在过程中 传递的功 和热量 ， 一般来说, 内能的概念还可推广到处在非平衡状态的系统。假设整个系统没有达到平衡状态，不过如果将系统分成若干个小部分，使每一部分仍然是含有大量粒子的宏观系统，而每一部分却都能保持在局部的平衡状态，则系统的每一部分分别有内能函数 …,根据内能函数的广延