华中科技大学物理教程热力学基础课件.pptVIP

* * 热能不可能全部转化为功，而不对外界产生影响！ 等温过程可以将热能全部转化为功，但是对外界有影响。（气体的体积变化） 功热转换过程具有方向性！功转换为热经常自然发生；而热不可能自动地转换为功。 * * 热传导 热量自动地由高温物体传向低温物体，其逆过程是不存在的。即热传导过程是不可逆的。 气体的自由膨胀 气体的自由膨胀过程是不可逆的。 自然界的一切实际热力学过程都是按一定的方向进行的，其逆过程不可能自动进行。 自然过程是有方向的。 * * 开尔文的表述：单一热源循环动作热机不可能制成。 克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温热源传向 高温热源。 热力学第二定律是说明自然宏观过程进行的方向的规律。 热力学第二定律的两种表述是等价的。 二 热力学第二定律的表述 (唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。) * * 不可能有这样的循环，从单一热源吸热并全部转化为功，而不对外界产生影响。 热量不可能自动地由低温热源传向高温热源。 热量可以自动地由高温热源传向低温热源。 热量可以由低温热源传向高温热源。 热机的效率不可能达到100％。 问题：热机的效率不能达到100％，理论上热机的效率上限是多少？在技术上如何达到这个上限？ * * 例 用热力学第一定律和第二定律分别证明，在P-V图上一绝热线与一等温线不能有两个交点． 解：1.由热力学第一定律有 若有两个交点a和b，则 经等温过程有 经绝热过程有 从上得出 这与两点的内能变化应该相同矛盾． 2.若两条曲线有两个交点，则组成闭合曲线而构成了一循环过程，这循环过程只有吸热，无放热，且对外做正功，热机效率为100%，违背了热力学第二定律． * * 一、可逆过程与不可逆过程 定义 可逆过程: 一个过程 P 其逆过程完成时，周围的一切都完全复原，则过程 P 为可逆过程。 不可逆过程: 一个过程 P 其逆过程不存在，或逆过程完成时周围的一切不能完全复原，则过程 P 为不可逆过程。 可逆过程一定是准静态过程。但准静态过程不一定是可逆过程。例如无限缓慢地透热过程。 8.6 熵 系统恢复不了原态，P 就是不可逆的；系统恢复了原态却引起了外界的变化，过程 P 也是不可逆的 * * 热机汽缸的活塞快速膨胀过程是否可逆过程？ * * 热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？ 由于快速膨胀： 系统对外界的功： * * 由于快速压缩： 热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？ 由于快速膨胀： 系统对外界的功： 外界对系统的功： * * 热机的汽缸活塞快速膨胀过程是否可逆过程？ 活塞恢复原态时，外界对系统多做 ?A的功，系统的内能增加，温度上升，系统恢复原温度就需要向外界放热： * * 热机的汽缸活塞快速膨胀过程不是可逆过程！ 结果是系统完全复原，但是过程对外界有影响：A 的功变成了热能Q。 根据热力学第二定律，Q是无法100％地转化为功而使外界复原的。 * * 摩擦过程： 摩擦可以生热，但是热不能自动产生摩擦，过程是不可逆过程。 问题：气体的自由膨胀是否可逆过程？ 真空 “一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的” 气体的自由膨胀是非准静态过程，不可逆。 气体膨胀时未做功，外界压缩气体，要对气体做功，不可逆。 * * 二、卡诺定理 违背热力学第一定律的第一类永动机不可能出现，违背热力学第二定律的第二类永动机也不可能出现。 卡诺定理 在相同的高、低温热源间工作的一切可逆过程卡诺 热机，效率相同，与循环工作物质无关。 在相同的高、低温热源间工作的一切热机，可逆过程热机效率最高。 * * 热机效率的极限是： 如何提高效率？ 制造可逆过程热机 使用卡诺循环的热机 加大高、低温热源的温度差 实际适用的仅可能加大高、低温热源的温差。 * * 热能几乎不能转化为有用功。 热能几乎全部转化为有用功。 相同的热能，其有用程度不同！ * * 三、熵 由于卡诺定理： 对于可逆循环过程热机： 考虑热量的符号：(用代数值表示) * * 绝热过程的泊松公式: 是描述绝热过程的过程方程。 但不论何种过程，理想气体都必须满足状态方程。 * * 与理想气体的等温过程比较： 绝热过程在 pV 图上也是一个类似双曲线的曲线。 绝热 等温 两曲线的交点 A 处的切线斜率均为负值，但绝热曲线的斜率更小（绝对值大） 。 绝热过程 * * 等温过程 绝热 等温 绝热过程无能源供给，气体膨胀时，其压强下降更快。证明？ * * 例题