第11章-热力学课程学习.pptx

会计学1第第11章章-热力学热力学第一页，共57页。11.1 热学的研究对象热学的研究对象(duxing)和研究方法和研究方法热学热学(rxu):(rxu):研究研究(ynji)(ynji)热现象的理论热现象的理论宏观量宏观量微观量微观量描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、热容量、熵等。热容量、熵等。描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。宏观理论宏观理论（热力学）（热力学）微观理论微观理论（统计物理学）（统计物理学）热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质观察和实验观察和实验力学规律力学规律,统计平均方法统计平均方法热力学热力学统计物理学统计物理学第1页/共56页第二页，共57页。11.2 平衡态平衡态 理想气体理想气体(l xin q t)状状态方程态方程u 热力学系统热力学系统(xtng)(xtng)热力学所研究热力学所研究(ynji)(ynji)的具体对象，简称系统。的具体对象，简称系统。系统是由大量分子组成，如汽缸中的气体。系统是由大量分子组成，如汽缸中的气体。11.2.1 气体的状态参量气体的状态参量温度温度T 、压强、压强p、体积、体积V温度温度是热力学所特有的是热力学所特有的热力学温标热力学温标K（与测温物质无关）（与测温物质无关）u 状态参量状态参量描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量水的三相点水的三相点:第2页/共56页第三页，共57页。11.2.2 平衡态平衡态u宏观宏观(hnggun)(hnggun)性质不变性质不变u不受外界影响不受外界影响在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观(hnggun)(hnggun)性性质在长时间内不发生变化的状态。质在长时间内不发生变化的状态。r说明说明(shum(shumng)ng)(1)不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外界没有能量能量和和粒子粒子交换。如：交换。如：两头处于冰水、沸水中的金属棒是一两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；种稳定态，而不是平衡态；处于重力场中气体系统的处于重力场中气体系统的粒子数密粒子数密度随高度变化，但它是度随高度变化，但它是平衡态。平衡态。低温低温T T2 2高温高温T T1 1第3页/共56页第四页，共57页。(3)平衡态的气体平衡态的气体(qt)系统宏观量可用一组系统宏观量可用一组确定的值确定的值(p,V,T)表示。表示。(4)平衡态是一种平衡态是一种(y zhn)理想状态。理想状态。(2)平衡平衡(pnghng)是热动平衡是热动平衡(pnghng)。11.2.3 理想气体的状态方程理想气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程其中其中理想气体的状态方程理想气体的状态方程（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）混合气体的理想气体的状态方程混合气体的理想气体的状态方程第4页/共56页第五页，共57页。(1)理想气体的宏观理想气体的宏观(hnggun)定义。定义。(3)实际气体在压强实际气体在压强(yqing)不太高，温度不太低的条件下，可不太高，温度不太低的条件下，可当作理想气体处理。当作理想气体处理。r说明说明(shumng)(2)只与状态有关，与过程无关。只与状态有关，与过程无关。(4)系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在(p,V)上可用一个点表示。上可用一个点表示。第5页/共56页第六页，共57页。11.3 功功 热量热量 内能内能(ni nn)热力学第热力学第一定律一定律11.3.1 功功 热量热量(rling)内能内能1.功与内能功与内能(ni nn)的关系的关系对系统作绝热功：对系统作绝热功：结论：结论：若初末态一定，则若初末态一定，则 绝热功相同。绝热功相同。12内能内能:系统中存在一种与热运动状系统中存在一种与热运动状 态态相关的能量相关的能量内能。内能。内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数第6页/共56页第七页，共57页。2.热量热量(rling)与内能的关系与内能的关系T传递热量亦可以传递热量亦可以(ky)改变改变热力学系统的状态热力学系统的状态热量热量(rling)是物体之间存在是物体之间存在温差时传递的内能温差时传递的内能(1)内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数，E=E（状态），是状态量。（状态），是状态量。(2)功和热量是过程量，不属于任何系统。功和热量是过程量，不属于任何系统。(3)功和热量的比较。功和热量的比较。121212r说明说明第7页/共56页第八页，共57页。11.3.2 热力学第一热力学第一(dy)定律定律外界与系统之间不仅作功，而且外界与系统之间不仅作功，而且(r qi)传递热量，则有传递热量，则有系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分则用以对外界作功。则用以对外界作功。(热力学第一热力学第一(dy)(dy)定律定律)系统吸热系统吸热：系统对外作功系统对外作功：；外界对系统作功外界对系统作功：；系统放热；系统放热：对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为第8页/共56页第九页，共57页。(2)第一类永动机是不可能实现第一类永动机是不可能实现(shxin)的，这是热力学第一定的，这是热力学第一定律的律的 另一种表述形式。另一种表述形式。(1)热力学第一定律实际上就是热力学第一定律实际上就是(jish)包含热现象在内的能量包含热现象在内的能量守恒守恒 与转换定律。与转换定律。r说明说明(shum(shumng)ng)第9页/共56页第十页，共57页。11.4 准静态过程准静态过程(guchng)中功和热中功和热量的计算量的计算11.4.1 准静态准静态(jngti)过程过程系统从某状态开始经历一系列的中间状态到系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达达(dod)(dod)另一状态的过程。另一状态的过程。1.热力学过程热力学过程:1 12 22.准静态过程准静态过程:在过程进行的每一时刻，系统都无限地在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态。接近平衡态。无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程,准静态过程是理想过程准静态过程是理想过程第10页/共56页第十一页，共57页。准静态过程在状态图上可用准静态过程在状态图上可用一条曲线一条曲线(qxin)(qxin)表示表示,如图如图.过程过程(guchng)进行时间进行时间 t 弛豫时间弛豫时间例如实际例如实际(shj)汽缸的压缩汽缸的压缩过程过程=10-3 10-2s4.实际过程的处理实际过程的处理准静态过程准静态过程3.准静态过程的特点：准静态过程的特点：可用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。第11页/共56页第十二页，共57页。热力学第一定律热力学第一定律(dngl)(dngl)可表示为可表示为 OVp功是一个功是一个(y)过程量过程量,见图见图1211.4.2 准静态准静态(jngti)过程中功的计算过程中功的计算SV1V2适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程第12页/共56页第十三页，共57页。11.4.3 准静态过程准静态过程(guchng)中热量的计算中热量的计算 热容热容比热容比热容 摩尔热容摩尔热容r 注意注意(zh y):1.摩尔热容：摩尔热容：摩尔热容是过程摩尔热容是过程(guchng)(guchng)量与具体过量与具体过程程(guchng)(guchng)有关有关.例例:绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程2.定体摩尔热容定体摩尔热容CV 和定压摩尔热容和定压摩尔热容Cpu 定体摩尔热容定体摩尔热容CV第13页/共56页第十四页，共57页。u定压摩尔热容定压摩尔热容Cp 3.热量热量(rling)计算计算（一般情况（一般情况(qngkung)下下Cx 是温度的函数）是温度的函数）若若Cx与温度与温度(wnd)无关，则无关，则第14页/共56页第十五页，共57页。11.5 理想气体理想气体(l xin q t)的内能和的内能和CV，Cp一、理想气体一、理想气体(l xin q t)的内能的内能 1.实验实验(shyn)装置装置:膨胀前后温度计膨胀前后温度计的读数未变的读数未变内能是状态的函数，函数的具体形式怎样？内能是状态的函数，函数的具体形式怎样？E(气体状态参量气体状态参量)焦耳实验（英国物理学家焦耳在焦耳实验（英国物理学家焦耳在1845年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题）2.实验结果：实验结果：温度一样温度一样3.分析：分析：气体自由膨气体自由膨胀过程中胀过程中理想气体理想气体焦耳焦耳定律定律第15页/共56页第十六页，共57页。r说明说明(shumng)(1)焦耳实验室是在焦耳实验室是在1845年完成年完成(wn chng)的。温度计精度为：的。温度计精度为：0.01。水的热容比气体热容大的多，因而水的温度可能有变化，由于水的热容比气体热容大的多，因而水的温度可能有变化，由于(yuy)温度计精度不够而未能测出。温度计精度不够而未能测出。(4)目前温度计（铂电阻）的精度可达到万分之一目前温度计（铂电阻）的精度可达到万分之一的变化。的变化。通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳汤姆孙实验）汤姆孙实验）证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。(2)真实气体的内能与体积有关的微观解释：真实气体的内能与体积有关的微观解释：由于分子间存在相互作用力，存在由于分子间存在相互作用力，存在有相互作用势能。有相互作用势能。绝热系统，气体自由膨胀绝热系统，气体自由膨胀气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？(3)焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。第16页/共56页第十七页，共57页。根据根据(gnj)热力学第一定律，有热力学第一定律，有解解因为因为(yn wi)初、末两态是平衡态，所以有初、末两态是平衡态，所以有如图，一绝热密封容器，体积为如图，一绝热密封容器，体积为V0，中间用隔板分成相等，中间用隔板分成相等的两部分。左边盛有一定量的氧气，压强为的两部分。左边盛有一定量的氧气，压强为 p0，右边一半，右边一半(ybn)为真空。为真空。例例求求把中间隔板抽去后，达到新平衡时气体的压强把中间隔板抽去后，达到新平衡时气体的压强绝热过程绝热过程自由膨胀过程自由膨胀过程第17页/共56页第十八页，共57页。二、二、理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容CV、Cp 和内能和内能(ni nn)的计算的计算 1.定体定体(dn t)摩尔热容和定压摩尔热容摩尔热容和定压摩尔热容(CV,Cp)E=E(气体状态气体状态(zhungti)参量参量)=E(T )压强不变时，将状态方程两边对压强不变时，将状态方程两边对T 求导，有求导，有迈耶公式迈耶公式 比热容比比热容比 为什么？为什么？CpCV第18页/共56页第十九页，共57页。2.理想气体理想气体(l xin q t)内能的计算内能的计算单原子单原子(yunz)(yunz)分子分子 双原子双原子(yunz)(yunz)刚性分子刚性分子 多原子刚性分子多原子刚性分子 第19页/共56页第二十页，共57页。11.6 热力学第一定律对理想气体热力学第一定律对理想气体(l xin q t)在典型准静态过程中的应用在典型准静态过程中的应用 r 结论结论(jiln)1.热力学第一热力学第一(dy)定律定律2.焦耳定律焦耳定律 3.状态方程状态方程+具体过程具体过程11.6.1 等体过程等体过程 u等体过程方程等体过程方程第20页/共56页第二十一页，共57页。u吸收吸收(xshu)(xshu)的的热量热量u内能内能(ni nn)(ni nn)的增量的增量OVpV1等体过程等体过程(guchng)中气体吸收的热量，全部用来中气体吸收的热量，全部用来增加它的内能，使其温度上升。增加它的内能，使其温度上升。11.6.2 等压过程等压过程u等压过程方程等压过程方程OVpu功功u功功第21页/共56页第二十二页，共57页。u吸收吸收(xshu)的热量的热量u内能内能(ni nn)的增量的增量等压过程吸收的热量，一部分用来等压过程吸收的热量，一部分用来(yn li)(yn li)对外作功，其余部分则用来对外作功，其余部分则用来(yn li)(yn li)增加其内能。增加其内能。恒恒温温热热源源S l11.6.3 等温过程等温过程SV1V2u等温过程方程等温过程方程u内能的增量内能的增量第22页/共56页第二十三页，共57页。u功功u吸收吸收(xshu)的热量的热量在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中 ，理想气体吸收，理想气体吸收(xshu)(xshu)的热量全部用来对外作功，在等温压缩的热量全部用来对外作功，在等温压缩中，外界对气体所的功，都转化为气体向外界放出的热量。中，外界对气体所的功，都转化为气体向外界放出的热量。OVp第23页/共56页第二十四页，共57页。质量为质量为2.8g，温度，温度(wnd)为为300K，压强为，压强为1atm的氮气，的氮气，等压膨胀等压膨胀到原来的到原来的2倍。倍。氮气对外所作的功，内能的增量氮气对外所作的功，内能的增量(zn lin)以及吸收的热量以及吸收的热量 解解例例求求根据根据(gnj)等压过程方程，有等压过程方程，有因为是双原子气体因为是双原子气体第24页/共56页第二十五页，共57页。11.7 绝热过程绝热过程(ju r u chn)11.7.1 绝热过程绝热过程(ju r u chn)系统在绝热过程系统在绝热过程(ju r u chn)中始终不与外界交中始终不与外界交换热量。换热量。u良好绝热材料包围的系统发生的过程良好绝热材料包围的系统发生的过程u进行得较快，系统来不及和外界交换热量的过程进行得较快，系统来不及和外界交换热量的过程1.过程方程过程方程 对无限小的对无限小的准静态绝热过程准静态绝热过程 有有第25页/共56页第二十六页，共57页。2.过程过程(guchng)曲线曲线微分微分(wi fn)A绝热线绝热线等温线等温线由于由于(yuy)(yuy)1 1，所以绝热线，所以绝热线要比等温线陡一些。要比等温线陡一些。VpO泊松方程泊松方程第26页/共56页第二十七页，共57页。绝热过程中绝热过程中 ，理想气体不吸收热量，系统减少，理想气体不吸收热量，系统减少(jinsho)(jinsho)的内能，等于其对外的内能，等于其对外作功。作功。3.绝热过程绝热过程(ju r u chn)中功的计算中功的计算第27页/共56页第二十八页，共57页。一定量氮气，其初始一定量氮气，其初始(ch sh)温度为温度为300K，压强为，压强为1atm。将其绝热压缩，使其体积变为初始。将其绝热压缩，使其体积变为初始(ch sh)体积的体积的 1/5.解解例例求求 压缩后的压强压缩后的压强(yqing)和温度。和温度。第28页/共56页第二十九页，共57页。测定空气比热容比测定空气比热容比 =Cp /CV 的实验装置如图所示。先关闭的实验装置如图所示。先关闭活塞活塞B，将空气由活塞，将空气由活塞 A 压入大瓶压入大瓶 C 中，并使瓶中气体的初温与中，并使瓶中气体的初温与室温室温T0相同相同(xin tn)，初压，初压 p1略高于大气压略高于大气压 p0；关闭活塞；关闭活塞 A，然后打开活塞，然后打开活塞 B，待气体膨胀到压强与大气压平衡后，迅速关，待气体膨胀到压强与大气压平衡后，迅速关闭闭 B，此时瓶内气体温度已略有降低。待瓶内气体温度重新与室，此时瓶内气体温度已略有降低。待瓶内气体温度重新与室温平衡时，压强变为温平衡时，压强变为p2。把空气视为理想气体。把空气视为理想气体。例例ABC证明证明(zhngmng)空气的空气的 可以从下式可以从下式算出算出C第29页/共56页第三十页，共57页。(p2,V,T0)(p1,V1,T0)(p0,V,T)绝热绝热证证绝热绝热第30页/共56页第三十一页，共57页。温度为温度为25，压强为，压强为1atm 的的1mol 刚性刚性(n xn)双原子分子理想气双原子分子理想气体经等温过程体积膨胀至原来的体经等温过程体积膨胀至原来的3倍。倍。(1)该过程中气体对外所作的功；该过程中气体对外所作的功；(2)若气体经绝热过程体积膨胀若气体经绝热过程体积膨胀(png zhng)至原来的至原来的3 倍，气倍，气体对外所体对外所 作的功。作的功。解解例例求求VpO(1)由等温过程可得由等温过程可得(2)根据根据(gnj)绝热过程方程，有绝热过程方程，有有有第31页/共56页第三十二页，共57页。*11.7.2 多方过程多方过程(n 多方指数多方指数)可见可见(kjin):n 越大，越大，曲曲 线越线越陡陡根据根据(gnj)(gnj)多方过程方程，多方过程方程，有有u多方过程方程多方过程方程(fngchng)u多方过程曲线多方过程曲线绝热过程绝热过程等压过程等压过程等体过程等体过程等温过程等温过程第32页/共56页第三十三页，共57页。u多方过程功的计算多方过程功的计算(j sun)(j sun)u多方过程内能多方过程内能(ni nn)(ni nn)增量的计算增量的计算u多方过程热量多方过程热量(rling)的计算的计算第33页/共56页第三十四页，共57页。例例指出指出(zh ch)图中各多方过程摩尔热容的范围。图中各多方过程摩尔热容的范围。解解 (1)(2)(3)第34页/共56页第三十五页，共57页。v 摩尔的单原子分子摩尔的单原子分子(fnz)理想气体，理想气体，经历如图的热力学过程经历如图的热力学过程,例例VpOV02V0p02p0在该过程在该过程(guchng)中，放热和吸热的区域。中，放热和吸热的区域。解解求求从图中可以从图中可以(ky)求得过程线的方程为求得过程线的方程为将理想气体的状态方程将理想气体的状态方程代入上式并消去代入上式并消去 p，有有对该过程中的任一无限小的过程，有对该过程中的任一无限小的过程，有第35页/共56页第三十六页，共57页。由热力学第一由热力学第一(dy)定律，有定律，有由上式可知由上式可知，吸热，吸热(x r)和放热的区域为和放热的区域为吸热吸热(x r)放热放热VpOV02V0p02p0绝热线与直线的切点绝热线与直线的切点?r讨论讨论:第36页/共56页第三十七页，共57页。11.8 循环循环(xnhun)过过程程11.8.1 循环循环(xnhun)过程过程VpOu循环过程循环过程:系统系统(xtng)的状态经历一系列的变化后又回到了的状态经历一系列的变化后又回到了原状态原状态准静态循环过程：在准静态循环过程：在pV 图上是一闭合曲线图上是一闭合曲线系统（工质）对外系统（工质）对外(外界对系统外界对系统)所作所作的净功的净功第37页/共56页第三十八页，共57页。u正循环正循环(xnhun)(P-V图沿顺时针方向进图沿顺时针方向进行行)u逆循环逆循环(P-V(P-V图沿逆时针方向图沿逆时针方向(fngxing)(fngxing)进行进行)（系统（系统(xtng)对外作功）对外作功）Q1Q2abVpO（系统对外作负功）（系统对外作负功）正循环正循环也称为热机也称为热机循环循环逆循环逆循环也称为致冷也称为致冷循环循环Q1Q2abVpO第38页/共56页第三十九页，共57页。11.8.2 循环循环(xnhun)效率效率（正循环（正循环(xnhun)）热机效率：）热机效率：（逆循环（逆循环(xnhun)）致冷系数：）致冷系数：第39页/共56页第四十页，共57页。1 mol 单原子分子理想气单原子分子理想气 体的循环体的循环(xnhun)过程过程如图所示。如图所示。(1)作出作出 pV 图图(2)此循环此循环(xnhun)效率效率解解例例求求cab60021ac1600300b2T(K）V（10-3m3）OV（10-3m3）Op（10-3Pa）(2)ab是等温过程，有是等温过程，有bc是等压过程，有是等压过程，有(1)p V 图图 第40页/共56页第四十一页，共57页。ca是等体过程是等体过程(guchng)循环循环(xnhun)过程中系统吸热过程中系统吸热循环循环(xnhun)过程中系统放热过程中系统放热此循环效率此循环效率ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）第41页/共56页第四十二页，共57页。逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程组成，先把工质由初态个过程组成，先把工质由初态A（V1，T1）等温压缩到）等温压缩到B（V2 ，T1）状态，再等体降温到状态，再等体降温到C（V2，T2）状态，然）状态，然后经等温膨胀达到后经等温膨胀达到D（V1，T2）状态，最后经等体升温回状态，最后经等体升温回到初状态到初状态A，完成，完成(wn chng)一个循环。一个循环。该致冷该致冷(zh ln)循环的致冷循环的致冷(zh ln)系数。系数。解解例例求求在过程在过程CD中，工质从冷库中，工质从冷库(lngk)吸取吸取的热量为的热量为在过程中在过程中AB中，向外界放出的热量为中，向外界放出的热量为ABCDVpO致冷系数为致冷系数为温差越大，致冷系数越低。温差越大，致冷系数越低。第42页/共56页第四十三页，共57页。11.9 热力学第二热力学第二(d r)定律定律u 热机效率热机效率第二类永动机、单热源热机第二类永动机、单热源热机,实验证明实验证明(zhngmng)(zhngmng)是不可能是不可能的。的。?地球地球(dqi)热机热机Q1A若热机效率能达到若热机效率能达到100%100%,则仅地球上的海水冷却则仅地球上的海水冷却1 1,所获得的功就相所获得的功就相当于当于10101414t t 煤燃烧后放出的热量。煤燃烧后放出的热量。第43页/共56页第四十四页，共57页。u 热力学第二热力学第二(d r)(d r)定律定律1.热力学第二定律热力学第二定律(dngl)的开尔文表述（的开尔文表述（1851年）年）不可能只从单一热源吸收热量，使之完全不可能只从单一热源吸收热量，使之完全(wnqun)转化转化为功而不引起其它变化。为功而不引起其它变化。不可能制成一种循环热机，它只从一个热源吸取热量不可能制成一种循环热机，它只从一个热源吸取热量,使之完全转变为有用功（第二使之完全转变为有用功（第二类永动机不可能制成）。类永动机不可能制成）。r 说明说明(1)吸收的热量可以转化为功（热机）。吸收的热量可以转化为功（热机）。(2)吸收的热量可以完全转化为功（等温膨胀）。吸收的热量可以完全转化为功（等温膨胀）。T第44页/共56页第四十五页，共57页。(3)热力学第二热力学第二(d r)定律开尔文表述定律开尔文表述 的另一叙述形式的另一叙述形式:第二第二(d r)类永动类永动 机不可能制成。机不可能制成。热功转化具有方向性。热功转化具有方向性。(4)热力学第二定律热力学第二定律(dngl)的开尔文表述实际上表的开尔文表述实际上表明了明了2.热力学第二定律热力学第二定律(dngl)的克劳修斯表述（的克劳修斯表述（1850 年）年）不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。r 说明说明(1)热量可以从低温物体传向高温物体热量可以从低温物体传向高温物体(致冷机致冷机)。(2)热力学第二定律开尔文表述热力学第二定律开尔文表述 的的另一叙述形式另一叙述形式:第二第二类永动类永动 机不可机不可能制成。能制成。热功转化具有方向性。热功转化具有方向性。第45页/共56页第四十六页，共57页。（不引起（不引起(ynq)其它变化其它变化 自动）自动）(3)理想理想(lxing)致冷机不可能致冷机不可能制成。制成。被制冷被制冷(zhlng)高温热源高温热源理想致理想致冷机冷机(4)热力学第二定律的克劳热力学第二定律的克劳 修斯表述实际上表明了修斯表述实际上表明了u 热机、致冷机的能流图示方法热机、致冷机的能流图示方法热热机机的的能能流流图图致致冷冷机机的的能能流流图图高温热源高温热源低温热源低温热源高温热源高温热源低温热源低温热源第46页/共56页第四十七页，共57页。u 热力学第二热力学第二(d r)定律的两种表述等价定律的两种表述等价 假设假设(jish)开尔文开尔文 表述不成立表述不成立 克劳修斯表克劳修斯表述述(bio sh)不成立不成立高温热源高温热源低温热源低温热源(1)假设假设开尔文表述开尔文表述不成立不成立 证明证明（用反证法）（用反证法）(2)假设假设克劳修斯表述克劳修斯表述不成立不成立开尔文表述开尔文表述不成立不成立类似证明类似证明 克劳修斯表述克劳修斯表述不成立不成立第47页/共56页第四十八页，共57页。用热力学第二定律用热力学第二定律(dngl)证明：在证明：在pV 图上任意两条绝热线不图上任意两条绝热线不可能相交。可能相交。反证法反证法例例证证abc绝热线绝热线等温线等温线设两绝热线相交设两绝热线相交(xingjio)于于c 点，在两绝热线上寻找温点，在两绝热线上寻找温度相同度相同的两点的两点a、b。在。在ab间作一条间作一条等温线，等温线，abca构成一循环过构成一循环过程。在此循环过程中程。在此循环过程中VpO这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述学第二定律的开尔文表述(bio sh)的。因此任意两条的。因此任意两条绝热线不可能相交。绝热线不可能相交。第48页/共56页第四十九页，共57页。11.10 可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程若系统经历若系统经历(jngl)(jngl)了一个过程，而过程的每一步都了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，那么这个过程就称为可逆过程。那么这个过程就称为可逆过程。u 概念概念(ginin)如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态复到原来状态(zhungti)(zhungti)，该过程就是不可逆过程。，该过程就是不可逆过程。可逆过程可逆过程不可逆过程不可逆过程1.不可逆过程的实例不可逆过程的实例l弹簧振子（无摩擦）弹簧振子（无摩擦）xm可逆可逆（有摩擦）（有摩擦）不可逆不可逆第49页/共56页第五十页，共57页。（真空（真空(zhnkng)）（有气体（有气体(qt)）l单摆单摆(dn bi)(dn bi)（真空）（真空）（有气体）（有气体）可逆可逆不可逆不可逆l功热转换：功向热转化可自动进行功热转换：功向热转化可自动进行 l热传导热传导:热量从高温传到低热量从高温传到低温物体可自动进行温物体可自动进行 l自由膨胀：自由膨胀：一切与热现象有关的过程都是不可逆过程。一切与热现象有关的过程都是不可逆过程。第50页/共56页第五十一页，共57页。不平衡不平衡(pnghng)和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。2.过程过程(guchng)不可逆的因素不可逆的因素无摩擦无摩擦(mc)的准静态过程是可逆过程（是理想过程）的准静态过程是可逆过程（是理想过程）自然界的一切自发过程都是单方向的不可逆过程自然界的一切自发过程都是单方向的不可逆过程u 热力学第二定律的本质热力学第二定律的本质 （热力学第二定律的其它表述）（热力学第二定律的其它表述）第51页/共56页第五十二页，共57页。11.11 卡诺循环卡诺循环 卡诺定理卡诺定理11.11.1 卡诺循环卡诺循环卡诺循环是由两个卡诺循环是由两个(lin)等温过程和两个等温过程和两个(lin)绝热过程组成。绝热过程组成。u 卡诺热机卡诺热机(rj)(rj)的效率的效率 pVabC d绝热线绝热线 等温线等温线 吸热吸热 u 卡诺致冷卡诺致冷(zh ln)(zh ln)机的致冷机的致冷(zh ln)(zh ln)系数系数放热放热 第52页/共56页第五十三页，共57页。11.11.2 卡诺定理卡诺定理 高温热源高温热源低温热源低温热源1.在温度分别为在温度分别为T1与与T2的两个给定热源的两个给定热源 之间之间工作的一切工作的一切(yqi)可逆热机，其效率相同，可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即 2.在相同的高、低温热源之间工作的在相同的高、低温热源之间工作的 一切一切(yqi)不可逆热机，其效率都不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率，即不可能大于可逆热机的效率，即减少热机减少热机(rj)(rj)循环的不循环的不可逆性，（减少摩擦、漏可逆性，（减少摩擦、漏气、散热耗散因素）气、散热耗散因素）要增大热源的温差要增大热源的温差 是任何热机效是任何热机效率的最高极限率的最高极限 第53页/共56页第五十四页，共57页。地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为温度为100，而夜间温度为，而夜间温度为 100，起居室温度要保持在起居室温度要保持在20，通过起居室墙壁，通过起居室墙壁(qingb)导热的速导热的速率为每度温差率为每度温差0.5kW，白昼白昼(bizhu)和夜间给卡诺机所供的和夜间给卡诺机所供的功率。功率。解解例例求求在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷在白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷(zh ln)机状态，从机状态，从室内吸取热量室内吸取热量Q2，放入室外热量放入室外热量Q1则则每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即第54页/共56页第五十五页，共57页。在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷(zh ln)机状态，机状态，从室从室外吸取热量外吸取热量Q1，放入室内热量放入室内热量Q2每秒钟放入室内的热量为通过每秒钟放入室内的热量为通过(tnggu)起居室墙壁导进的热量，即起居室墙壁导进的热量，即解得解得此种用可逆循环即是所谓的冷暖此种用可逆循环即是所谓的冷暖(lngnun)双制空调的原理。双制空调的原理。第55页/共56页第五十六页，共57页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第56页/共56页第五十七页，共57页。