一热力学的基本规律热力学统计物理.pptVIP

热统 热力学温标、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标 如果热力学系统包含许多部分,各部分之间没有达到平衡,各部分相互作用很小,各部分本身能分别保持平衡态,系统总的内能等于各部分内能之和（内能是广延量） §1.7 理想气体的内能 萨迪.卡诺(Sadi Carnot 1796-1832) 一. 自由能 二. 吉布斯函数 任何热力学过程都必须遵守热力学第一定律，然而遵守热力学第一定律的热力学过程就一定能实现吗？热量可以由高温物体自发地传向低温物体，反之可以吗？运动物体的机械能可以通过做功而转化为热能，而物体吸收热量能否自动转化成机械能而运动起来？气体自由膨胀可以进行，而气体自动收缩能否进行？另一方面，在生产实践中，可不可以将热机的效率提高到100%。通过研究，人们总结出了热力学第二定律。第二定律的表述可以有多种方式，但其中最有代表性的是开尔文表述和克劳修斯表述两种。 §1.10 热力学第二定律 一、引言 二、开尔文表述 不可能制成一种循环动作的热机，它只从一个从单一热源吸取热量，并使之完全变成有用的功而不引起其他变化。 另一表述： 第二类永动机（从单一热源吸热并全部变为功的热机）是不可能实现的。 三、克劳修斯表述 热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 证明两种表述的一致性 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 开尔文表述 克劳修斯表述 一：假设克劳修斯表述不对推出开尔文表述也不对 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 二：假设开尔文表述不对推出克劳修斯表述也不对 高温热源T1 低温热源T2 高温热源T1 低温热源T2 非自发传热 自发传热 高温物体 低温物体 热传导 热功转换 完全 功 不完全 热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程的一个总特征------都是不可逆的 . 无序 有序 自发 非均匀、非平衡 均匀、平衡 自发 热力学第二定律说明了自然界的实际过程是按一定的方向进行的，是不可逆的，相反方向的过程不能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起其它后果。 热力学第二定律的实质在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。它所揭示的客观规律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向。 * §1.11 卡诺定理 卡诺定理叙述为： 1）、在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机其效率都相等，而与工作物质无关。 2）、在相同高温热源与相同低温热源间工作的一切热机中，不可逆热机的效率都不可能大于可逆热机的效率。 注意： 这里所讲的热源都是温度均匀的恒温热源 若一可逆热机仅从某一确定温度的热源吸热，也仅向另一确定温度的热源放热，从而对外作功，那么这部可逆热机必然是由两个等温过程及两个绝热过程所组成的可逆卡诺机。 * T1 T2 a b Q1’ Q1 W W ‘ Q2‘ Q2 证明卡诺定理： 数学表达式： 2）、在相同高温热源与相同低温热源间工作的一切 制冷机中，不可逆制冷机的效率都不可能大于可逆 制冷机的效率。 1）、在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的 一切可逆制冷机其制冷系数都相等，而与工作物质 无关。 对于致冷机卡诺定理可叙述为： 可逆致冷机的制冷系数为 * 热力学温标： 开尔文提出建立一种不依赖于任何测温物质的温标。并规定： 热机效率： 称为热力学温标 水的三相点的温度（热力学温标）θtr=273.16 K §1.12 热力学温标 开尔文温标的建立过程如下： 设有工作于温度为 的两个恒温热源之间的工作热机， ,化为 效率为 再设另一可逆热机工作于温度为 的两个恒温热源之间 可以得出： 再设另一可逆热机工作于恒温度 的两个恒温热源之间 可以得出 Q3 Q2 Q1 Q1 Q3 Q2 θ2 θ1 θ3 由于 所以有 ， 为一任意温度，它既然不出现在上式的左方，就一定会在上式右方的上面和下面相互消去，因此可以写作下式 于是恒温热源之间工作的可逆热机的效率为 有一系列函数满足上式，开尔文建议引入新的温标T，称为开尔文温标，开尔文令 ，得到 2.在理想气体温标实用范围内，热力学温标与 理想气体温标相等，借助理想气体温度计实现量 度。 求证：T = T理 用理想气体温标表示卡诺循环效率： 用热力学温标表示卡诺循环效率： … (1) …(2) 3.热力学温标与理想气体温标的区别： 由卡诺定理1： η = η′ 即 ∵ 两种温标的标度法相同， ∴ ∴ T = T理 热力学温标与测温物质无关；理想气体温标依 赖于气体的共性。但应用上无区别。 即Ttr=Ttr理= 273.16 K 氦在通常情况下为无色、无味的气体；熔点-272.2°C(25个大气