热力学第二定律、习题.ppt

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1、P.61.8.如如图图所所示示abcda为为1mol单单原原子子分分子子理理想想气气体体进进行行的的循循环环过过程程，求求循循环环过过程程中中气气体体从从外外界界吸吸收收的的热量和对外作的净功。热量和对外作的净功。解解:bda211P（105pa）3V(升升)c201bda211P（105pa）3V(升升)c20或或此题非卡诺循环不此题非卡诺循环不能用能用 =1T2/T12解解:P.62.5.如如图图一一定定量量的的理理想想气气体体自自同同一一状状态态a，分分别别经经ab，ac，ad三三个个不不同同的的准准静静态态过过程程膨膨胀胀至至体体积积均为均为V2的三个不同状态，已知的三个不同状态，已知

2、ac为绝热线，则：为绝热线，则：(B)(A)ab必放热必放热(B)ab必吸热必吸热(C)ad可能是等温过程可能是等温过程aV1OPVV2 bcd绝热线比等温线陡绝热线比等温线陡ad不可能是等温线不可能是等温线考虑正循环考虑正循环abca,在整个循环中在整个循环中,系统对外做净功系统对外做净功则系统从外界吸收净热量则系统从外界吸收净热量Q=A0否定否定(C)3又又又又即即ab必吸热。（必吸热。（排除排除A选选B）aV1OPVV2 bcdP.62.6.如图一定量的理想气体从相同的初态如图一定量的理想气体从相同的初态A分别分别经准静态过程经准静态过程AB、AC(绝热过程绝热过程)及及AD到达温度相到

3、达温度相同的末态，则气体吸同的末态，则气体吸(放放)热的情况是：热的情况是：(B)(A)AB吸热吸热AD吸热吸热(B)AB放热放热AD吸热吸热(C)AB放热放热AD放热放热(D)AB吸热吸热AD放热放热4VOPBACD解解:比较曲线下的面积可知比较曲线下的面积可知 而而B，C，D处在同一等温线上，处在同一等温线上，即即所以，所以，于是于是 选选(B)E只与只与T有关，有关，(绝热过程绝热过程)5P.52.7.图图为为1mol单单原原子子分分子子理理想想气气体体的的循循环环过过程程，其中其中ab是等压过程，计算：是等压过程，计算：(1)ab，bc，ca过程中的热量变化过程中的热量变化(2)经一循

4、环后的总功经一循环后的总功(3)循环效率循环效率b600T(K)44.8cV（升）升）a22.40 解解:i=3,CV=3R/2=12.47 Jmol-1k-1 CP=5R/2=20.78 Jmol-1k-1，=1(1)ab是等压过程是等压过程由由Va/Ta=Vb/Tb得得Tb=VbTa/Va=300k300Qab=CP(TbTa)=20.78(300600)=6234(J)6bc是等体过程是等体过程ca是等温过程是等温过程Qca=Aca=RTaln(Va/Vc)=8.31600ln2=3456(J)Q2=|Qab|=6234(J)(3)Q1=Qbc+Qca=7197(J)=1Q2/Q1=16

5、234/7179=13.4%或或=A/Q1=963/7197=13.4%(2)A=Q=Qab+Qbc+Qca=963(J)Qbc=CV(TcTb)=12.47300=3741(J)7P.62.1.一一卡卡诺诺热热机机在在每每次次循循环环过过程程中中都都要要从从温温度度为为400K的的高高温温热热源源吸吸热热418J，向向低低温温热热源源放放热热334.4J，低温热源温度为低温热源温度为。解解:由由得得即即(P.62.2)1mol单单原原子子分分子子理理想想气气体体，在在1atm的的恒恒定定压压力力下下温温度度由由0 C加加热热至至100 C，内内能能改改变变量量为为；从从外界吸热为外界吸热为。

6、解解:已知已知=1，P=1.013105Pa，T1=273k，T2=373ki=3，CV=3R/2，CP=5R/2320k1247J2078J8P.61.5、一一定定量量的的理理想想气气体体经经历历一一准准静静态态过过程程后后，内能增加，并对外作功则该过程为：内能增加，并对外作功则该过程为：()(A)绝热膨胀过程绝热膨胀过程(B)绝热压缩过程绝热压缩过程(C)等压膨胀过程等压膨胀过程(D)等压压缩过程等压压缩过程解解:对外作功，体积必膨胀，排除对外作功，体积必膨胀，排除(B)、（、（D）绝热膨胀过程，内能必减少，排除（绝热膨胀过程，内能必减少，排除（A）,选选(C)C9P.61.6、1mol氧

7、氧气气由由初初态态A(P1、V1)沿沿如如图图所所示示的的直直线线路路径径变变到到末末态态B(P2、V2)，试试求求上上述述过过程程中中，气气体体内内能能的的变变化化量量，对对外外界界所所作作的的功功和和从从外外界界吸吸收收的热量的热量(设氧气可视为理想气体，且设氧气可视为理想气体，且Cv5R/2)解解:从图可知从图可知VBAP2P1OPV1V210P.59.1.质质量量为为100g的的水水蒸蒸汽汽，温温度度从从120升升高高到到150，若若视视水水蒸蒸汽汽为为理理想想气气体体，在在体体积积不不变变的的情情况况下下加加热热，需需热热量量QV=，在在压压强强不不变变的的情情况况下加热，需热量下加

8、热，需热量QP=。解解:已知已知M=0.1kg，=1810-3kg/mol，i=6T1=393k，T2=423k，CV=3R，CP=4R4170J5550J11例例题题.1mol氮氮气气(视视为为理理想想气气体体)作作如如图图所所示示的的循循环环abcd，图图中中ab为为等等容容线线，bc为为等等温温线线，ca为为等等压压线线，求循环效率。求循环效率。(注意与注意与P.61.7的区别的区别)bac21P（105pa）36V(升升)解解:已知已知Pa=Pc=105帕，帕，Pb=2105帕帕Vc=36 10-3m3,i=5CV=5R/2,CP=7R/2bc是是等温过程等温过程 E=01812ca是

9、等压过程是等压过程ab是等体过程是等体过程在整个循环过程中，系统从外界吸热和向外界放热。在整个循环过程中，系统从外界吸热和向外界放热。bac21P（105pa）36V(升升)181314一、可逆过程和不可逆过程一、可逆过程和不可逆过程1、定义：、定义：一个系统经过一个过程一个系统经过一个过程P从一状态变化到另从一状态变化到另一状态，如果一状态，如果存在存在一个过程一个过程使系统和外界使系统和外界完全复完全复原，则说明原过程原，则说明原过程P是是可逆可逆的，否则是的，否则是不可逆不可逆的的。注意关键词注意关键词判断的是原过程判断的是原过程P系统和外界全复原系统和外界全复原12P15.5、6热力学

10、第二定律热力学第二定律可逆与不可逆与不可逆过程可逆过程卡诺定理卡诺定理15可逆过程是理想过程，只有准静态可逆过程是理想过程，只有准静态无摩擦无摩擦的过程才是可逆的过程。的过程才是可逆的过程。P准准静态无摩擦静态无摩擦初始小过程初始小过程恢复小过程恢复小过程单摆的无磨擦摆动是可逆过程。单摆的无磨擦摆动是可逆过程。二、二、一切自然过程都是不可逆过程一切自然过程都是不可逆过程自然过程有明显的方向性如功变热、热传导、自然过程有明显的方向性如功变热、热传导、扩散。扩散。161、热转换、热转换其其唯一唯一效果是（自动地）把效果是（自动地）把热全部热全部转变成转变成功功的过程是的过程是不可能不可能发生的。发

11、生的。2、热传导、热传导其其唯一唯一效果是热量效果是热量从低温从低温物传向物传向高温高温物体的物体的过程是过程是不可能不可能发生的。发生的。3、结论、结论1)自然界中自然界中一切与热现象一切与热现象有关的宏观过程均有关的宏观过程均是是不可逆不可逆过程。过程。2)宏观上与热相伴过程的不可逆性是相互宏观上与热相伴过程的不可逆性是相互沟沟通通的。的。17三三.热力学第二律的表述热力学第二律的表述1、开尔文表述、开尔文表述不可能从单一热源吸取热量，使之完全变不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他的影响。为有用的功而不产生其他的影响。注意注意定律中的定律中的单一热源单一热源和和不产生

12、其他的影响不产生其他的影响这两句话。这两句话。单一热源单一热源是指温度是指温度均匀均匀且且恒定恒定的热源。的热源。其他的影响其他的影响是指除了从单一热源吸取热量全部是指除了从单一热源吸取热量全部用来做功以外的任何其他的变化。用来做功以外的任何其他的变化。从单一热源吸取的热量全部用来做功是可能的从单一热源吸取的热量全部用来做功是可能的但会但会产生其他的影响。如气体的等温膨胀过程。产生其他的影响。如气体的等温膨胀过程。18热二定律表明，任何热机从外界高温热源吸取热二定律表明，任何热机从外界高温热源吸取的热量都不能全部用来对外做功，它不可避免地的热量都不能全部用来对外做功，它不可避免地要将部分热量释

13、放到外界低温热源去。要将部分热量释放到外界低温热源去。100%的热机叫做第一类永动机，它违反了的热机叫做第一类永动机，它违反了热力学第一定律，是不可能造成的。而热力学第一定律，是不可能造成的。而 =100%的热机叫做第二类永动机，它并不违反热一定律的热机叫做第二类永动机，它并不违反热一定律,第二类永动机能否造成呢？热二定律表明，这类第二类永动机能否造成呢？热二定律表明，这类永动机也是不能造成的。永动机也是不能造成的。另一种表述：另一种表述：第二类永动机是不可能造成的。第二类永动机是不可能造成的。192、克劳修斯表述、克劳修斯表述热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。热量不可能自动地从低温物体

14、传向高温物体。注意注意表述表述中中自动自动两个字。两个字。可以证明，开尔文表述和可以证明，开尔文表述和克劳修斯表述是等克劳修斯表述是等价的。（由其中的一个表述可推出另一个表述，价的。（由其中的一个表述可推出另一个表述，四四.卡诺定理卡诺定理热二热二定律指出定律指出,那么热机效率最高等那么热机效率最高等高温物体是可能的，如致冷机就是将热量高温物体是可能的，如致冷机就是将热量从低温物体传向高温物体，但这不是自动地。从低温物体传向高温物体，但这不是自动地。热量从低温物体传向热量从低温物体传向见教材见教材P.276.第第3、4、5段）。段）。20于多少呢于多少呢?法国工程师卡诺提出了卡诺定理回答法国工

15、程师卡诺提出了卡诺定理回答这个问题。这个问题。卡诺定理卡诺定理在相同的高温热源和相同的低温热源之间工在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，其效作的一切可逆机，不论用什么工作物质，其效效率都相等，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率都相等，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即效率，即在相同的高温热源和相同的低温热源之间工在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率，都不可能大于可逆作的一切不可逆机的效率，都不可能大于可逆热机的效率，即热机的效率，即21P.51.9.410-3kg的的H2被被活活塞塞封封闭闭在在容容器器的的下下半半部部而而与与外外界

16、界平平衡衡，容容器器开开口口处处有有一一凸凸出出边边缘缘可可防防止止活活塞塞脱脱离离，如如图图，(活活塞塞的的质质量量和和厚厚度度可可忽忽略略)现现把把2104J的的热热量量缓缓慢慢地地传传给给气气体体，使使气气体体膨膨胀胀，求求H2最最后后的的压压强强，温温度度和和体体积积各各变变为为多多少少？(活活塞塞外外大大气处于标准状态气处于标准状态)活塞H2解：解：已知已知M=410-3kg,=210-3kg/molT0=273.15K,P0=1.013105PaQ=2104J,i=5,CV=5R/2,CP=7R/2=M/=2mol由由P0V0=RT0得得22由题意可知，过程的开始阶段是等压膨胀过程

17、由题意可知，过程的开始阶段是等压膨胀过程,初态的状态参量为初态的状态参量为P0、T0、V0，末态为末态为P0、V且且V=2V0=8.9610-2m3等压过程中气体吸收热量等压过程中气体吸收热量Q QP等压膨胀过程结束后气体状态将继续作等压膨胀过程结束后气体状态将继续作 等体变化，该过程初态为等体变化，该过程初态为P0、T、V，末态为末态为P、T、V 23由由QV=QQP=4111J和和得得H2最后的压强、温度和体积分别为：最后的压强、温度和体积分别为：P=1.20105Pa,T=645K,V=8.9610-2m3再由再由 2CV 5R/224过程方程过程方程过程过程等体等体等压等压等温等温绝热绝热A=0对外做功对外做功吸收热量吸收热量内能增量内能增量A=P(V2 V1)或或或或25