大学物理_第四版_祝之光_第五章-热力学基础.ppt

例３　1mol氧气作如图循环，AB为等温过程，BC为等压过程，CA 为等容过程。试计算循环效率. 解： 吸热 放热 例４ 一定量的理想气体，分别经历a b c、d e f过程。这两过程是吸热还是放热？ 等温线 绝热线 解： 吸热 d e f与绝热线组成一个制冷机循环，系统在一次循环过程中吸收的净热量 放热 §5-5 热力学第二定律 热力学第二定律告诉我们，过程的进行还有个方向性的问题，满足能量守恒的过程不一定都能进行。 由热力学第一定律知道： 一切热力学过程都应该满足能量守恒。 但是满足能量守恒的过程都能进行吗? 这是热力学第二定律要表达的内容。 热力学第二定律是关于自然过程方向的一条基本的、普遍的定律，它是较热力学第一定律层次更深的规律。 一、可逆过程和可逆过程 1.可逆过程 系统由一初态出发，经某过程到达一末态后，如果能使系统回到初态而不在外界留下任何变化(即系统和外界都恢复了原状)，则此过程叫做可逆过程. 初态 末态 (外界亦需恢复原状) 2.不可逆过程 系统经某过程由一初态到达末态后，如不可能使系统和外界都完全复原，则此过程称不可逆过程。 ?八宝山 “今天的你我怎能重复昨天的故事!” 生命过程是不可逆的： 出生 ?童年 ?少年 ?青年 ?中年 ——不可逆！ ?老年 落叶永离，覆水难收 生米煮成熟饭 二、自然过程的不可逆性 重物自动下落，叶片转动使水温升高，功全部转化成热。 水自动冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可能自然进行。 · · 水 叶片 重物 重物 绝热壁 1.功热转换是不可逆过程 热自动地转换为功的过程不可能发生. 2.热传导是不可逆过程 热量可以自动地从高温物体传向低温物体，但相反的过程却不能发生。 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。 3.气体绝热自由膨胀是不可逆过程 在绝热容器中抽去隔板，分子将自动膨胀充满整个容器，最后达到平衡态。 T2 真空 T1 一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆。(热力学过程方向性） 只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。 自然过程是有摩擦损耗的非准静态过程。 摩擦使功转换为热，非平衡态向平衡态的过渡与气体自由膨胀有关，这两个都是不可逆过程。 注意：热完全变成功可以，例等温膨胀，但引起其它变化，例如体积增大。 三、不可逆的相互依存 一切不可逆过程都是相互沟通的。 如果一种实际过程的不可逆性消失了，其他的实际过程的不可逆性也就随即消失了。 W Q 热源T2 假想装置 热源T2 T1 T1 T2 T1 若功热转换的方向性消失, 热传导的方向性也消失. 若热传导的方向性消失则功热转换的方向性也消失。 低温热源 高温热源 Q1 Q2 Q2 Q1 W 高温热源 低温热源 W 若理想气体等温自由膨胀的方向性消失,功热转换的方向性也消失. T Q W T T W T 四、热力学第二定律 开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响。 1 热力学第二定律的两种表述 开尔文 各种宏观过程的方向性的相互沟通,说明宏观过程的进行遵从共同的规律——热力学第二定律。 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化. 克劳修斯 热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机，不可能吸收的热量全部用来对外作功；即第二类永动机（单源热机）不可实现。对制冷机，若无外界作功，热量不可能从低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。 2. 两种表述的等价性 高温热源 低温热源 高温热源 低温热源 违反开尔文表述也就违反克劳修斯表述 违反克劳修斯表述也就违反开尔文表述 任何一种不可逆过程的表述，都可作为热力学第二定律的表述！ 作业：5-11 推导绝热过程方程 ——泊松公式 两边积分 联立求解得 对于微小绝热过程 绝 热 方 程 常量 常量 常量 利用理想气体状态方程还可以得 再由定义计算功 1 2 W 绝热膨胀 1 2 W 绝热压缩 W W 问题： 在绝热膨胀和绝热压缩过程中，温度如何变化？ 讨论绝热线和等温线 绝热过程曲线的斜率 等温过程曲线的斜率 绝热线的斜率大于等温线的斜率. 常量 常量 A B C 等温线 绝热线 例1 如图，对同一气体，I为绝热过程，那么J和K过程是吸热还是放热? 解：对绝热过程 对J过程 吸热 对K过程 放热 例2 如图，同一气体经过等压过程AB, 等温过程AC，绝热过程AD。问(1)哪个过程作功最多? 解： (1)由过程曲线下面积知 A