大学物理_第四版_祝之光_第五章-热力学基础

1、第第 五五 章章 热热 力力 学学 基基 础础 前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计平均的方法，讨论了平均的方法，讨论了平衡态平衡态下大量气体分子热运动下大量气体分子热运动的规律。的规律。 本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变化时，热、功和内能的变化规律。化时，热、功和内能的变化规律。 热力学过程：热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一热力学系统从一个状态变化到另一个状态个状态 ,称为热力学过程。称为热力学过程。过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。平衡态平

2、衡态1 1 一系列非一系列非平衡态平衡态平衡态平衡态2 2一、一、准静态过程准静态过程准静态过程：准静态过程：系统的每一个状态都无限接近于系统的每一个状态都无限接近于平衡态的过程平衡态的过程( (理想化的过程理想化的过程) )。 即准静态过程是由一系列即准静态过程是由一系列平衡态组成平衡态组成的过程。的过程。 准静态过程是一个准静态过程是一个理想化理想化的过程，是实际过程的过程，是实际过程的近似。的近似。5-1 热力学第一定律及应用热力学第一定律及应用 非静态过程：非静态过程：当系统宏观变化很快，每一状态都是当系统宏观变化很快，每一状态都是非平衡态。非平衡态。快快非平衡态非平衡态缓慢缓慢接近平

3、衡态接近平衡态非静非静态过态过程程准静态准静态过程过程 所以，实际过程仅当进行得所以，实际过程仅当进行得无限缓慢无限缓慢时才时才可看作是准静态过程。可看作是准静态过程。统一于统一于“无限缓慢无限缓慢”矛盾矛盾平衡即不变平衡即不变过程即变化过程即变化 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。是平衡态。000TVPPVT000TVPPVT非静态过程非静态过程准静态过程准静态过程定义定义弛豫时间弛豫时间 ：系统由非平衡态到平衡态所需系统由非平衡态到平衡态所需时间。时间。怎样算怎样算“无限缓慢无限缓慢”过程进行时间过程进行时间 t t 驰豫时间驰豫

4、时间 定义定义“无限缓慢无限缓慢”：例如，实际汽缸的压缩过程例如，实际汽缸的压缩过程 过程进行时间过程进行时间 t = = 0. 01秒秒 驰豫时间驰豫时间 = 10-3秒秒可看作准静态过程可看作准静态过程所以无限缓慢只是个所以无限缓慢只是个相对相对的概念。的概念。(p2 ,V2)( p1 ,V1)(p ,V )准静态过程可以用准静态过程可以用过程曲线过程曲线来表示：来表示： VO p一个点一个点代表一个代表一个平衡态平衡态状态图状态图(PV 图图、PT 图图、VT 图图)上上 一条曲线一条曲线代表一个代表一个准静态过程准静态过程 二二 功、内能、热量功、内能、热量如何改变系统的热力学状态呢？

5、如何改变系统的热力学状态呢？焦焦耳耳实实验验作机械功改变系统作机械功改变系统 状态的焦耳实验状态的焦耳实验AV作电功改变系统作电功改变系统 状态的实验状态的实验结论：结论：改变系统状态的方式有两种：改变系统状态的方式有两种：作功作功传热传热 作功、传热是相同性质的物理量，作功、传热是相同性质的物理量，均是均是过程过程量量1 1 功功 通过作功可以改变热力学系统的状态通过作功可以改变热力学系统的状态. .计算一准静态过程中，气体的体积变化所做的功计算一准静态过程中，气体的体积变化所做的功. .uFld设气体的压强设气体的压强P, ,活塞面积活塞面积s, ,气气体作用在活塞上的力体作用在活塞上的力

6、PSF 活塞移动活塞移动dl距离时距离时, ,气体作功气体作功ddWF ldddWF lpS lddWp V21dVVWp V 准静态过程（状态准静态过程（状态1到到状态状态2）气体对外界做）气体对外界做功与过程有关。功与过程有关。气体体积由气体体积由V1变为变为V2时，系统对外作功时，系统对外作功 21dVVWpV在在P-V图上可表示为过程曲线与横坐标轴之间的曲图上可表示为过程曲线与横坐标轴之间的曲边梯形的面积。边梯形的面积。PV122VO1V气体体积气体体积膨胀膨胀， W0，系统，系统对外做对外做正功正功；气体体积气体体积压缩压缩，W0，系统，系统对外做对外做负功负功。功与过程曲线的位置有

7、关，即与路经有关。功功与过程曲线的位置有关，即与路经有关。功是是过程量过程量。作功是通过作功是通过宏观宏观的、的、有规则有规则的运动（机械运的运动（机械运动动) )来完成的能量交换来完成的能量交换. . 分子的分子的有规则运动有规则运动能量和分子的能量和分子的无规则运动无规则运动能能量的转化和传递。量的转化和传递。通过作功改变系统内能的微观实质是：通过作功改变系统内能的微观实质是：2 2 热量热量系统系统和外界之间存在和外界之间存在温差温差时时, ,就会有传热就会有传热. .热量传递热量传递也可以改变系统的状态也可以改变系统的状态. .1T2T21TT Q传热的微观本质：是分子的传热的微观本质

8、：是分子的无规则运动无规则运动能量从能量从高高温物体向温物体向低低温物体传递。温物体传递。 热量：热量：传热过程中所传递的热运动能量的多少。传热过程中所传递的热运动能量的多少。传热通过分子的传热通过分子的无规则运动无规则运动来完成的能量交换。来完成的能量交换。热量是热量是过程量过程量, ,准静态过程中传递的热量用准静态过程中传递的热量用dQ表示表示. .功与热量的异同功与热量的异同1 1）热量和功都是系统状态变化过程中伴随传递的热量和功都是系统状态变化过程中伴随传递的能量，都与状态变化的中间过程有关，都是能量，都与状态变化的中间过程有关，都是过程过程量，量，而而不是状态量。不是状态量。3 3）

9、功与热量的物理本质不同功与热量的物理本质不同 . .1卡卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡卡2 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；等效性：改变系统热运动状态作用相同；定向运动能量定向运动能量无规运动能量无规运动能量无规运动能量无规运动能量无规运动能量无规运动能量作作功功传热传热 实验证明系统从实验证明系统从 a 状态变化到状态变化到 b 状态，可以状态，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变始末状态确定，做功和传热之和保持不变 . .3 3 内能内能2ab1* * *pVo1 21

10、20a baa baWQ1122a ba ba ba bWQWQ2ab1* * *pVo 系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关系统所经历的过程无关 . .)(TEE 理想气体内能理想气体内能 : : 表征系统状态的单值函数表征系统状态的单值函数 , ,理理想气体的内能仅是温度的函数想气体的内能仅是温度的函数 . .1 20a b aEabEconst2ab1* * *pVo2ab1* * *pVo当热力学系统的状态变化时，可以通过当热力学系统的状态变化时，可以通过作功作功和和传热传热等方式改变系统的等方式改变系统的内能内能

11、。那么，在一个热力学过程。那么，在一个热力学过程中中, ,系统系统从从外界外界吸收的热量吸收的热量, ,一部分使一部分使系统的系统的内能增内能增加加, ,一部分使系统对一部分使系统对外界外界作功作功. .dQdEpdV微小过程微小过程21QEEW四、热力学第一定律四、热力学第一定律对于任意过程对于任意过程 1 1）热力学第一定律是热现象中能量转换和守恒定热力学第一定律是热现象中能量转换和守恒定律律 . .第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的 . .2 2）热力学第一定律适用于热力学第一定律适用于任何系统任何系统的的任何过程任何过程( (非非准静态过程亦成立准静态过程亦成立),)

12、,是自然界的普遍规律是自然界的普遍规律 . .+ +12EE 系统吸热系统吸热系统放热系统放热内能增加内能增加内能减少内能减少系统对外界做功系统对外界做功外界对系统做功外界对系统做功QW物理意义物理意义热力学第一定律的符号规定热力学第一定律的符号规定oA B 1P2PPV2V1V例例1 理想气体从状态理想气体从状态A沿直线变化到状态沿直线变化到状态B，如，如图所示。求气体对外做功。图所示。求气体对外做功。12211()()2WPPVV解：解：功的大小等于功的大小等于PV图上过程曲线下的面积图上过程曲线下的面积pVABAVBV11BAQEEW022ABQEEW00EQW12WWW21WW0W0Q

13、pVABAVBV第一定律对于热力学过程的应用第一定律对于热力学过程的应用质量为质量为m，摩尔质量为，摩尔质量为M的气体，微小过程中的热力学的气体，微小过程中的热力学第一定律可写成：第一定律可写成：=2m idQdEpdVRdTpdVM对于理想气体，由平衡态对于理想气体，由平衡态I(p1,V1,T1),经历准静态过程到经历准静态过程到达平衡态达平衡态II(p2,V2,T2),由热力学第一定律有由热力学第一定律有2121=()2VVm iQR TTpdVM0W 过程方程过程方程 常量常量由热力学第一定律由热力学第一定律VQE 过程特征过程特征 常量常量V),(11TVp),(22TVp2p1pVp

14、Vo1pT第一定律对于热力学过程的应用第一定律对于热力学过程的应用1 1 等容过程等容过程等容过程系统对外不做功等容过程系统对外不做功一、三个等值过程一、三个等值过程TCQVVTRiE2RiCV2气体的摩尔定容热容量V为气体的摩尔数2EVQVQ),(11TVp),(22TVp2p1pVpVo12),(11TVp),(22TVp2p1pVpVo12等容升压等容升压1E等容降压等容降压1E2E气体放出的热量为气气体放出的热量为气体内能的减少体内能的减少过程方程过程方程 常量常量1VT过程特征过程特征 常量常量p2 2 等压过程等压过程 系统对外做功系统对外做功内能的改变量内能的改变量2V),(11

15、TVp),(22TVpp1VpVo12W21()WP VV2ViER TCT 吸收的热量吸收的热量QWE由热力学第一定律由热力学第一定律)()()(121212TTCTTCVVPPV=2PViCCRRRTCQPP气体的摩尔定压热容量PdVVdPvRdT02V),(11TVp),(22TVpp1VpVo12W2V),(11TVp),(22TVpp1VpVo12W1E2EpQ1EpQ2E W W等等 压压 膨膨 胀胀等等 压压 压压 缩缩 i Cv Cp 单原子分子单原子分子 3 1.67 刚性双原子分子刚性双原子分子 5 1.4刚性多原子分子刚性多原子分子 6 3R 4R1.3摩尔热容比摩尔热容

16、比32R52R52R72R12iiCCVP3 3 等温过程等温过程热力学第一定律热力学第一定律0E恒温热源恒温热源T1 12 2),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoVd过程特征过程特征 常量常量T过程方程过程方程pV常量常量QW21VVWP dV由功的定义由功的定义过程方程写成过程方程写成( (等温过程等温过程) )所以所以211 1221 122112112lnlnlnlnVVPVVVWdVPVPVVVVVpRTRTVpQW等温过程的热量等温过程的热量1 122=PVPVPVVRTVPVPPV22111 12 2),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoVdEE

17、12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoW12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoWTQTQWW等温等温膨胀膨胀等温等温压缩压缩等温膨胀中系统吸收等温膨胀中系统吸收的热量全部用来对外的热量全部用来对外作功。作功。等温压缩中系统放出等温压缩中系统放出的热量全部来自外界的热量全部来自外界所作的功。所作的功。二二 绝热过程绝热过程绝热过程：系统与外界无热交绝热过程：系统与外界无热交换，系统状态变化的过程。换，系统状态变化的过程。OQ过程特征过程特征绝热的汽缸壁和活塞绝热的汽缸壁和活塞热力学第一定律热力学第一定律0WE21dVVWp V过程方程未知过程方程未知,无法

18、计算无法计算绝热过程的功绝热过程的功21()VWECTT 推导绝热过程方程推导绝热过程方程pVvRTpdVVdpvRdTdPdVPV 泊松公式泊松公式两边积分两边积分联立求解得联立求解得PVCC对于微小绝热过程对于微小绝热过程0dWdE0Vp VC Tdd1PVC绝绝 热热 方方 程程TV1pVTp1常量常量常量常量常量常量21VVWPdV利用理想气体状态方程还可以得利用理想气体状态方程还可以得再由定义计算功再由定义计算功12211VPVP1 122PVPVPV1 1PVPV211 1VVPVdVV),(111TVp),(222TVp1 12 21p2p1V2VpVoW绝热绝热膨胀膨胀),(1

19、11TVp),(222TVp1 12 21p2p1V2VpVoW绝热绝热压缩压缩1E2E1E2E W W问题：问题： 在绝热膨胀和绝热压缩过程中，在绝热膨胀和绝热压缩过程中，温度如何变化？温度如何变化？讨论绝热线和等温线讨论绝热线和等温线绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率等温等温过程曲线的斜率过程曲线的斜率0ddpVVp0dd1pVVpVd()dAQAppVV AATVpVp)dd( 绝热线的斜率大于等绝热线的斜率大于等温线的斜率温线的斜率. .pV常量常量pV常量常量ApBVAVApVoVQpTpBC等温线等温线绝热线绝热线pVIKJAB0IQIEW JJQE W IJWW0KKQE W

20、IKW W0pVOCDAB0V02V0 EVT0E111QEW22QW123WWW321QQQpVOCDAB0V02V0Q 例例3 3 一气缸中贮有氮气，质量为一气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准。在标准大气压下缓慢地加热，使温度升高大气压下缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体。试求气体膨胀时所作的膨胀时所作的 功功W W、气体内能的增量、气体内能的增量 E以及气体以及气体所吸收的热量所吸收的热量Q。1.258.3113710.028molMWRTJJM因因i=5,所以所以Cv=2.5R，可得，可得JJRTCMMEvmol92915 .2028.025.1 解：解： 因过程是等压的，得

21、因过程是等压的，得1300QWEJ molMpVRTM（1） 理想气体状态方程理想气体状态方程21dVVVpEQVpEQddd（4）解决过程中能解决过程中能量转换的问题量转换的问题总结总结（2）理想气体的内能理想气体的内能2molM iERTM21dVVWp V（3）准静态过程的体积功准静态过程的体积功 物质系统经历一系列变化后又回到初始状态的物质系统经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫整个过程叫循环过程循环过程，简称，简称循环循环。循环工作的物质称为循环工作的物质称为工作物质工作物质，简称，简称工质工质。循环过程的特点：循环过程的特点： E=0若循环的每一阶段都是准静态过若循环的每一阶

22、段都是准静态过程，则此循环可用程，则此循环可用p-V 图上的一图上的一条闭合曲线表示条闭合曲线表示。pVabcd5-2 循环过程循环过程pVoW 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程状态的过程叫热力学循环过程 . .热力学第一定律热力学第一定律QW（取绝对值）（取绝对值）12WQQQ净功净功0E特征特征一一 循环过程循环过程A AB BAVBVcd总吸热总吸热1Q总放热总放热2Q热机热机二、正二、正循环和循环和逆逆循环循环热机效率热机效率1221111QQQWQQQ 高温热源高温热源低温热源低温热源1Q热机（热机（正正循

23、环）循环）0W 2QWWpVoA AB BAVBVcd1.1.正循环正循环热机热机: :通过工质使热量不断转换为功的机器。通过工质使热量不断转换为功的机器。热机热机 热机的效率热机的效率奥托循环（热机的一种循环）奥托循环（热机的一种循环）1211QQQA 净净吸收的热量吸收的热量输出功输出功 热机效率热机效率工质为燃料与空气的混合，利工质为燃料与空气的混合，利用燃料的燃烧热产生巨大压力用燃料的燃烧热产生巨大压力而作功。而作功。绝热绝热pVba2V1Vcod1Q2Q绝热绝热 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸蒸汽机汽机 ，当时蒸汽

24、机的效率极低，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进年瓦特进行了重大改进行了重大改进 ，大大提高了效率，大大提高了效率 . 人们一直在人们一直在为提高热机的效率而努力，为提高热机的效率而努力， 从理论上研究热机从理论上研究热机效率问题，效率问题， 一方面指明了提高效率的方向，一方面指明了提高效率的方向， 另另一方面也推动了热学理论的发展一方面也推动了热学理论的发展 .各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机%48%8%37%25冷凝塔冷凝塔发电机发电机水泵水泵除尘器除尘器涡轮机涡轮机传送带传送带锅炉锅炉空气空气碾磨机碾磨机烟筒烟筒水管水管喷射

25、给水器喷射给水器火力发电厂结构示意图火力发电厂结构示意图火力发电厂外貌火力发电厂外貌热机热机 ：持续地将热量转变为功的机器：持续地将热量转变为功的机器 . . 工作物质工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质对外做功的物质 . .热机的三个要素热机的三个要素: :1) 1) 工作物质工作物质2) 2) 两个或两个以上温度不同的热源两个或两个以上温度不同的热源3) 3) 对外作功的机械装置对外作功的机械装置致冷机致冷系数致冷机致冷系数2212QQWQQ致冷机（致冷机（逆逆循环）循环）0W 致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源WpVoA A

26、B BAVBVcd1Q2QW2.2.逆循环逆循环冰箱循环示意图冰箱循环示意图141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q 例例 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其中氦气经过如图所示的循环过程，其中 , ,求求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和热机的效率各过程中气体吸收的热量和热机的效率 . .122 pp142VV解解 由理想气体物态方程得由理想气体物态方程得122TT 134TT 142TT11212)(TCTTCQVV123232)(TCTTCQpp)23(11RCTRTV%3 .15RCCVp4121()VVppW111RTVpQQQ23121112TCTC

27、pV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q1QA 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和两个准静态过程和两个准静态绝热绝热过程组成过程组成 . .三三 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T卡诺热机卡诺热机1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环卡诺卡诺循环循环. . 给出了热机给出了热机效率的理论极限值效率的理论极限值; ; 他还提出了著名的卡诺定理他还提出了著名的卡诺定理. .V

28、op2T1TABCD1p2p4p3pW1V4V2V3V理想气体理想气体卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率的计算的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环21TT 1Q1QA B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热2111lnmolMVQRTMV3224lncdmolVMQQRTMVC D 等温压缩放热等温压缩放热 D A 绝热过程绝热过程214111TVTVB C 绝热过程绝热过程 112132VTVTVop2T1TABCD1p2p4p3pW1V4V2V3V21TT 1Q2Q4312VVVV121TT 卡诺热机效率卡诺热机

29、效率Vop2TW1T12341p2p4p3p1V4V2V3V21TT Q吸Q放124312lnln11VVVVTTQQ吸吸放放 卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高的效率越高 . . 1)1) 卡诺热机的效率只与卡诺热机的效率只与T1、T2 有关，与工作物有关，与工作物无关无关, ,与气体的质量无关，与与气体的质量无关，与P、V的变化无关。的变化无关。121TT 3)3)现代热电厂：现代热电厂：T1 = 900K；T2 = 300K理论上理论上： 65%，实际上

30、实际上： 40% ， 原因：非卡诺循环，非准静态，有摩擦。原因：非卡诺循环，非准静态，有摩擦。 热机至少要在两个热源中进行循环。从热机至少要在两个热源中进行循环。从高温高温热源热源吸热吸热然后然后释放释放一部分热量到一部分热量到低温低温热源去，因而两个热源去，因而两个热源的热源的温度差温度差才是热动力的真正源泉才是热动力的真正源泉. .讨论讨论2)2) 提高效率的途径：提高效率的途径：提高提高T1 ；降低降低T2，实用上实用上是提高是提高 T1 。 Vop2TA1T21TT 高温热源高温热源1T低温热源低温热源2T卡诺致冷机卡诺致冷机1Q2QA 卡诺卡诺致冷机致冷机（卡诺（卡诺逆逆循环）循环）

31、2Q1Q B A等温压缩等温压缩 CB绝热压缩绝热压缩DC等温膨胀等温膨胀 A D 绝热膨胀绝热膨胀2111lnmolMVQRTMV3224lnmolVMQRTMV卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数系数212QQQ4312VVVV212TTT 卡诺制冷机的制冷系卡诺制冷机的制冷系数与工作物质无关，只与数与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两两个热源的温度有关，两热源的温差越小，则卡诺热源的温差越小，则卡诺循环的效率越高循环的效率越高 . . Vop2TW1T21TT 2Q1Q结论：结论：低温热源的热量是不会自动地传向高温热低温热源的热量是不会自动地传向高温热源的，要以消耗外功为代价。源的，要

32、以消耗外功为代价。* * 致冷系数致冷系数212212TTTQQQw 卡卡T2 越低，越低， w越小；越小；T1-T2 越大，越大， w越小越小。例例1 1 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗？吗？2121211T2T2A1ApoVpoV1T2T1A1T2A121TT12AA已知已知12AA已知已知例例2 2 如图，如图，MT为等温线，为等温线，MQ为绝热线，则在为绝热线，则在AM,BM,CM三种准静态过程中，温度升高的是三种准静态过程中，温度升高的是 过过程；气体吸热的是程；气体吸热的是 过程。过程。答：答： BM, CM CMPVACOBMTQ类似地，可判定类似地，可判定BM, AM是放热过

33、程。是放热过程。理由：理由：(TB, TC)0 吸热吸热. . 但但Q=QCM+QQC ,而而QC放热放热, , 故故CM吸热吸热 .CAABQQQ112lnVVRTMMAmol)(CAVmolTTCMMpVOABC1V2V2p1p)(25ln12111211VpVpVVVp)(2BCpmolTTCMMQ)(271222VpVppVOABC1V2V2p1p)(25ln)(27121112111222ppVVVVpVpVp121QQ例例 一定量的理想气体，分别经历一定量的理想气体，分别经历a b c、d e f过过程。这两过程是吸热还是放热？程。这两过程是吸热还是放热？0abcQWEWPVabc

34、等温线等温线Pedf绝热线绝热线Vd e f与绝热线组成一个制冷机循环，系统在一次循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环过程中吸收的净热量0defQQW5-5 5-5 热力学第二定律热力学第二定律 热力学第二定律告诉我们，过程的进行还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有个方向性的问题，满足能量守恒的过程不一定都能进行。都能进行。 由由热力学第一定律热力学第一定律知道：知道： 一切热力学过程都应该满足能量守恒。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但是满足能量守恒的过程都能进行进行吗吗? ?这是这是热力学

35、第二定律热力学第二定律要表达的内容。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热力学第二定律是关于自然过程方向的一条基本的基本的、普遍的普遍的定律，它是较热力学第一定律层定律，它是较热力学第一定律层次次更深更深的规律。的规律。一、可逆过程和可逆过程一、可逆过程和可逆过程1.可逆过程可逆过程 系统由一初态出发，经某过程到达一末态后，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如果能使系统回到初态而不在外界留下任何变化而不在外界留下任何变化(即即系统和外界都恢复了原状系统和外界都恢复了原状)，则此过程叫做，则此过程叫做可可逆过程逆过程. 初态初态 末态末态 (外界亦需恢

36、复原状外界亦需恢复原状) 2.2.不可逆过程不可逆过程 系统经某过程由一初态到达末态后，如不可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，则此过程称能使系统和外界都完全复原，则此过程称不可逆不可逆过程。过程。 八宝山八宝山“今天的你我怎能重复昨天的故事今天的你我怎能重复昨天的故事! !”生命过程是不可逆的：生命过程是不可逆的：出生出生 童年童年少年少年青年青年中年中年不可逆！不可逆！老年老年落叶永离，覆水难收落叶永离，覆水难收生米煮成熟饭生米煮成熟饭二、自然过程的不可逆性二、自然过程的不可逆性重物自动下落，叶片转动使水温升高，功全部重物自动下落，叶片转动使水温升高，功全部转

37、化成热。转化成热。水自动冷却使叶片旋转，水自动冷却使叶片旋转，从而提升重物，则不可从而提升重物，则不可能自然进行。能自然进行。水水叶片叶片重物重物重物重物绝热壁绝热壁1.1.功热转换是不可逆过程功热转换是不可逆过程 热自动地转换为功热自动地转换为功的过程不可能发生的过程不可能发生. . 2.2.热传导是不可逆过程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。相反的过程却不能发生。 热量不可能热量不可能自动自动地从低温物体传向高温物体。地从低温物体传向高温物体。3.3.气体绝热自由膨胀是不可逆过程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。个容器，最后达到平衡态。 T2真真空空T1一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆。一切与热现象有关的实际宏观过程都不可逆。( (热热力学过程方向性）力学过程方向性）只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。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。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