第08章--热力学基础.ppt

右图：压强保持不变，温度升高，体积膨胀。 等温过程，内能保持不变。 迈耶(Mayer)是热力学第一定律的提出者。Mayer?(1842)指出能量守恒定律的第一人。 Translation：平动；Rotation：转动；Vibration：振动；Appreciable： 可观测到的；CV表示定体热容量。 图中虚线表示省略的意思，要不然横轴太长了。 振动自由度：一个键一个自由度。三原子分子，有三个键，所以是三个自由度。 用Mathematica解该微分方程，得到其解。Gamma表示比热容比。 * * 图中横轴\\表示截断坐标。 * 问题:提高热机效率的途径？ 答：1. 提高高温热源温度, 降低低温热源的温度。2. 尽可能逼近可逆热机。 关于卡诺定理的证明，有兴趣的同学可以参看其他资料。 奥托循环：奥托循环是理想化的循环，因为在理论分析和计算时，认为循环由绝热、等容、等压等过程组成，并且系统的组成、性质和质量都保持不变。又称四冲程循环。内燃机热力循环的一种，为定容加热的理想热力循环。1862年法国一位工程师首先提出四冲程循环原理，1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，故把这种循环命名为奥托循环。 WILLIAM THOMSON LORD KELVIN：原名威廉·汤姆逊 (William Thomson)，后来因为他在科学上的成就和对大西洋电缆工程的贡献，获英女皇授予开尔文勋爵衔，所以后世才改称他为开尔文。汤姆逊的研究范围相当广泛，他在数学物理、热力学、电磁学、弹性力学、以太理论和地球科学等方面都有重大的贡献。 热力学第二定律与一般的物理定律不同，是用不存在表述的。这是一种自信的表述。不懂的人就觉得找个反例就能推翻它。于是，反热力学第二定律成为民科的研究热点。 原命题为：若a，则b。逆否命题为：若非b，则非a。原命题和逆否命题为等价命题．如果原命题成立，逆否命题成立．逆命题和否命题为等价命题，如果逆命题成立，否命题成立。 有时候原命题不好用它来证明，所以就用它的逆否命题来替代。 违反克氏表述：可以把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 违反开氏表述：可以从单一热源吸热对外作功而不产生其它影响。 在T1和T2之间设计一卡诺热机，并使它在一次循环中从高温热源T1吸热Q1，对外作功|W|，向低温热源T2放热Q2（Q1-Q2= |W|）。然后，Q2可以自动地传给T1而使低温热源T2恢复原状。总的结果是，来自高温热源的热量Q1-Q2全部转变成为对外所作的功|W|，而未引起其它变化。这就是说功变热的不可逆性消失。 在T1和T2之间设计一卡诺热机，并使它在一次循环中从高温热源T1吸热Q1，对外作功|W|。通过这个|W|来驱动另外一个卡诺热机，使它从低温热源T2吸收热量Q2，然后向高温热源T1放出|Q1| + |Q2|的热量。总的结果是，热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这就是说热传导过程的不可逆性消失了。 熵是物理学中最抽象的概念之一。 在进入例题前，可以讨论一下。只要始末状态固定，熵变就固定（熵是态函数），所以随便设计可逆路径都可以计算熵变。为方便起见，搞一个最简单的路径。 注意：这里给出的积分初始条件是温度和体积，提示了积分要化为对温度和体积积分。所以要找出dQ和T、V之间的关系。 积分路径在哪儿？ 答：这道题中因为其中用到了状态方程，所以，实际上采用的就是一个可逆路径。 熔解热是指在一定的压强下，单位质量物质从固相转变为同温度的液相的过程中所吸收的热量。 这个公式上面的ppt已经讲过。 绝热自由膨胀：因为密闭的空腔右边是真空，因此系统对外不做功 dW = 0. 绝热：dQ = 0. 根据热力学第一定律可知：膨胀前后内能不变，故温度不变。 在简化示例中，把每种可能的分布称为微观态。 当不区分粒子的时候，就是宏观态；当区分粒子的时候，就是微观态。 因为热力学几率很大，对于这种很大的数据，我们一般取对数。取对数之后还大，怎么办呢？再乘以一个很小的数。 问题:关于熵的两个定义是否一致？ 在平衡态下，是一致的，但前者只用于平衡态，后者可用于非平衡态。 乘法原理：做一件事，完成它需要分成n个步骤，做第一 步有m1种不同的方法，做第二步有m2不同的方法，……，做第n步有mn不同的方法。那么完成这件事共有 N=m1×m2×m3×…×mn 种不同的方法。 * 因为热力学几率很大，对于这种很大的数据，我们一般取对数。取对数之后还大，怎么办呢？再乘以一个很小的数。 问题:关于熵的两个定义是否一致？ 在平衡态下，是一致的，但前者只用于平衡态，后者可用于非平衡态。 乘法原理：做一件事，完成它需要分成n个步骤，做第一 步有m1种不同的方法，做第二