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高温热源T1 高温热源T1 6.5.1 可逆过程和不可逆过程 1. 自发过程的方向性 (1)热传导的方向性 都满足热力学第一定律， 为什么其中一个不会发生？ (2) 功热转换的方向性 功可以自动地转变为热，热不能自动地转变为功。 (3)气体自由膨胀的方向 气体自由膨胀可以自发发生 实践证明:符合热力学第一定律的过程不一定都能实现，自然宏观过程是有方向性的。 所有宏观、自发的热力学过程都具有方向性 自然界中自发的热力学过程都是不可逆的。 (1)热传导 (2) 功热转换 (3)气体自由膨胀 6.5.2 热力学第二定律 能否制造效率等于100%的热机（第二类永动机）? 当|Q2|=0时, η=100% 高温热源T1 低温热源T2 工作物质从单一热源吸收热量而全部用来作功。 对于致冷机:能否制造不需要外界作功,自动制冷 低温热源T2 高温热源T1 当|Q2|=Q1时, |A|=0, ω=∞ 热量可以自动地从低温物体传向高温物体。 高温热源T1 低温热源T2 1. 热力学第二定律的开尔文说法 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他影响（功热转换的不可逆性）。 第二类永动机： 同一气体经过等压过程ab, 等温过程ac，绝热过程ad。 解 (1)ab过程曲线下面积最大，作功最多 (2)等压过程： V↑ T↑ 等温过程： 绝热过程： V↑ T↓ 即 又 且 故 例 (1)哪个过程作功最多？ 问 (2)哪个过程吸热最多? (3)哪个过程内能变化最大? (3) 比较 所以，ab 过程内能变化最大。 ab过程 ad过程 如图所示，1mol氮气处于a态时的温度为300K，体积为 2.0×10-3m3。 例 解 氮气在下列过程中作的功： (1) 从a态绝热膨胀到b态(Vb=20.0×10-3m3)； (2) 从a态等温膨胀到c态，再由c态等体冷却到b态。 求 pb a b c 2 20 0 pb V(10-3m3) p(105Pa) (1) ab过程中作的功 氮气为双原子分子，自由度数i＝5 ab过程为绝热过程，根据绝热过程方程 氮气在ab绝热过程中所作的功为 (2) ac过程为等温过程，氮气在ac过程中所作的功为 cb过程为等体过程，氮气对外界不做功 气体在acb过程中作的总功为 如图所示的p-V图，表示某一理想气体由初态a经准静态过程ab直线变到状态b，已知该理想气体的定体摩尔热容CV,m=3R 例 该理想气体在ab过程中的摩尔热容量 Cab 。 求 解 在ab过程中系统对外作的功 p 0 V a b 从热量的基本定义 ，算出Cab 在ab过程中，系统内能增量 则ab过程系统吸收热量 所以，ab直线过程的摩尔热容 6.3.2 多方过程 理想气体多方过程 多方过程摩尔热容 其中n为常数，称为多方指数。 当n = 0 时，等压过程， Cn,m=Cp,m 。 当n = 1 时，等温过程， Cn,m=∞。 当n = ? 时，绝热过程， Cn,m=0 。 当n =∞时，等体过程， Cn,m=CV,m 。 0 0 绝热 ∞ 0 等温 等压 0 等体 摩尔热容 吸收热量Q 对外作功A 内能增量ΔE 能量转换方式 过程方程 特征 过程 理想气体热力学过程有关公式对照表 (1) 理想气体的内能是温度的单值函数，任何过程只要始末状态确定，内能变化相同，与过程无关。 (2) 功和热量是过程量，讲某一状态的功、热量没有意义。 计算功时，由 出发，根据过程特点找到 p -V 关系积分求解。 计算热量时，由 出发，摩尔热容Cm是过程量，等体过程Cm= CV,m；等压过程Cm= Cp,m；绝热过程C = 0；等温过程的热量按照Q = A 计算。 ? 总结 解题思路与方法： 应用热力学第一定律处理实际问题时，注意以下几点： (1) 明确准静态过程的始末状态，根据题设条件及过程方程或状态方程，求出始末状态的状态参量 p、V、T。 (2) 应用热量﹑功﹑内能的定义式和热力学第一定律，求解待求量。特别注意，功与热量与过程有关，内能与过程无关。 (3) 理想气体在等值过程及绝热过程中的有关公式经常用到，熟悉这些公式会给计算带来许多方便。 §6.4 循环过程 主要内容： 1. 循环过程 2. 正循环和循环效率 3. 逆循环与致冷系数 4. 卡诺循环 5. 几种常见热机和制冷机 6.4.1 循环过程 热机：利用热来作功的机器, 以蒸汽轮机为例 Q 1 Q 2 锅炉A 泵D 汽缸B 冷凝器C 冷水 有工作物质 如水(蒸汽机) 热机工作特征 (2) 循环过程 循环过程：工作物质经历一系列变化过程又回到初始状态的整个过程。 正循环(顺时针) -- 热机 逆循