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大学物理热力学基础chap7

目录热力学基本概念与定律热量传递与热机效率熵增原理与热力学第二定律理想气体状态方程及应用热力学在生活和工程中的应用

01热力学基本概念与定律

010203孤立系统与外界既无物质交换又无能量交换的系统。封闭系统与外界有能量交换但无物质交换的系统。开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。热力学系统及其分类

热力学平衡态与过程平衡态在不受外界影响的条件下，系统各部分的宏观性质长时间内不发生变化的状态。热力学过程系统由一个平衡态转变到另一个平衡态所经历的全部过程。

热力学第零定律如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。温度概念表征物体冷热程度的物理量，是物体内分子间平均动能的一种表现形式。热力学第零定律与温度概念

热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。热力学第一定律在一个孤立系统中，不论发生何种变化或过程，其总能量始终保持不变。能量守恒热力学第一定律与能量守恒

02热量传递与热机效率

热传导物体内部或相互接触的物体之间，由于温度差异引起的热能传递现象。特点是无物质迁移，仅通过微观粒子的热运动传递能量。热对流流体（气体或液体）中，由于温度差异引起的热能传递现象。特点是伴随物质迁移，通过流体的宏观运动传递能量。热辐射物体以电磁波形式向外发射能量的现象。特点是无需介质，可在真空中传播，能量传递与物体温度有关。热量传递方式及特点

热传导原理温度差异导致物体内部或相互接触物体间的微观粒子热运动不平衡，从而引发能量传递。热传导速率与温度差、接触面积和导热系数有关。热对流原理流体中温度差异引起的密度差异，导致流体发生宏观运动，进而实现热能传递。对流换热速率与流体流动状态、温度差和换热系数有关。热辐射原理物体内部微观粒子热运动产生的电磁波向外发射能量。辐射能量与物体温度的四次方成正比，遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律。热传导、对流和辐射原理

热机工作原理利用工作物质（如理想气体）从高温热源吸热，在低温热源放热，实现热能转换为机械能的过程。热机包括内燃机、蒸汽机等。热机效率计算热机效率定义为热机输出的有用功与输入的热能之比。对于可逆热机，其效率可达到卡诺循环效率，即最大可能效率。实际热机效率受多种因素影响，如不可逆损失、传热损失等。热机工作原理及效率计算

ABDC提高热源温度在保持冷源温度不变的情况下，提高热源温度可增加热机吸热量，从而提高热机效率。降低冷源温度在保持热源温度不变的情况下，降低冷源温度可减少热机向冷源的放热量，进而提高热机效率。减少不可逆损失通过优化热机设计、提高制造工艺等措施，减少热机内部的不可逆损失，如摩擦、泄漏等，从而提高热机效率。强化传热过程采用高效传热材料和结构，优化传热路径和方式，提高热机内部的传热效率，进而提高热机整体效率。提高热机效率途径

03熵增原理与热力学第二定律

熵增原理及意义在一个孤立系统中，熵（代表系统的无序程度）总是趋向于增加，即系统总是向着更无序的方向发展。熵增原理熵增原理揭示了自然界中不可逆过程的普遍性和必然性，为热力学第二定律提供了理论基础。意义

克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体。熵表述在任何过程中，系统的熵永不减少。开尔文表述不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响。热力学第二定律表述

VS系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都完全复原（即系统回到原来的状态1，同时消除了原来过程对环境所产生的一切影响），则原来的过程称为可逆过程。不可逆过程不能用可逆的手段使系统由某一状态恢复到初态，而不引起其他变化的过程。可逆过程可逆过程与不可逆过程

扩散现象气体或液体中的分子会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到浓度均匀分布。生命过程生命体的生长、发育和衰老等过程都伴随着熵的增加，即生命体逐渐从有序走向无序。化学反应在化学反应中，反应总是向着生成物更稳定、能量更低的方向进行，直到达到化学平衡状态。热传导热量总是自发地从高温物体传到低温物体，直到两者温度相等，达到热平衡状态。熵增原理在自然界中表现

04理想气体状态方程及应用

理想气体状态方程介绍理想气体状态方程是描述理想气体状态变量之间关系的方程，即pV=nRT，其中p表示压强，V表示体积，n表示物质的量，R表示气体常数，T表示热力学温度。02理想气体是一种假想的气体，其分子间无相互作用力，且分子本身不占体积。03理想气体状态方程是热力学基础理论的重要组成部分，对于理解气体的性质和行为具有重要意义。01

理想气体状态变化过程分析压强保持不变，体积与热力学温度成正比关系。此过程中，气体吸收或放出的热量部分用于改变其内能，部分用于对外界做功或外界对气体做功。等压过程温度保持不变