大学物理第五版ch7.7-7.11

1、本章内容：本章内容：7. 5 理想气体的内能和理想气体的内能和CV，CP7. 6 第一定律对理想气体典型准静态过程中应用第一定律对理想气体典型准静态过程中应用7. 7 绝热过程绝热过程7. 4 准静态过程中的功和热量的计算准静态过程中的功和热量的计算 7. 11卡诺循环卡诺循环 卡诺定理卡诺定理7. 1 热力学的研究对象和研究方法热力学的研究对象和研究方法7. 2 平衡态平衡态 理想气体状态方程理想气体状态方程7. 3 功功 热量热量 内能内能 热力学第一定律热力学第一定律7. 8 循环过程循环过程7. 9 热力学第二定律热力学第二定律7. 10 可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程7.8 循环过

2、程循环过程7.8.1 循环过程循环过程1. 循环过程循环过程: :系统的状态经历一系列的变化后系统的状态经历一系列的变化后又回到了原又回到了原来来状态。状态。热力学特性热力学特性AQ 21QQQ净热量净热量E特征特征1Q总吸热总吸热2Q总放热总放热pVoABAVBVcd(1)Q与与A指指净热量净热量和和净功净功. (2)净功净功 A在在P-V 图上为图上为封闭曲线封闭曲线面积值面积值.(4) 循环过程最少由循环过程最少由三个三个单一过程组成单一过程组成.说明：说明：A(3) 通过循环过程使热功转换通过循环过程使热功转换持续持续成为可能成为可能.0021AAA（1）正循环正循环 ( (P-V 图

3、顺时针图顺时针) )(2) 逆循环逆循环( (P-V P-V 图逆时针图逆时针) )（系统对外作功）（系统对外作功）021AAA（外界对系统作功）（外界对系统作功）正循环也称为热机循环正循环也称为热机循环逆循环也称为致冷循环逆循环也称为致冷循环2Q1Q2abVpO112 2Q1Q2abVpO 7.8 循环过程循环过程2. 循环过程分类循环过程分类7.8.2 循环效率循环效率 （热机效率和致冷系数）（热机效率和致冷系数）1212111QQQQQQAAQw2（正循环）热机效率：（正循环）热机效率：（逆循环）致冷系数：（逆循环）致冷系数：热机热机高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2QA低温热源低温

4、热源致冷致冷机机高温热源高温热源1Q2QA 7.8 循环过程循环过程热机循环示意图热机循环示意图 7.8 循环过程循环过程 7.8 循环过程循环过程r小结：小结：1211QQQA一、热机效率（正循环）一、热机效率（正循环） （计算题重点）（计算题重点）二、致冷系数（逆循环）二、致冷系数（逆循环） AQw2解一解一 用用QQ12-1141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q例例 1 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 热机的效率热机的效率 .122pp 142VV23Q 由理想气体物态方程得由理想气体物态方程得122TT134TT 142

5、TT)(1212TTCQV)(2323TTCQp)(3434TTCQV)(4141TTCQp 7.8 循环过程循环过程141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q141TCQp112TCQV1232TCQp1342TCQVQQ12-1%3 .15QQQ23121QQQ41342 7.8 循环过程循环过程QW1解二解二用用QQQ23121)(1412VVppW111RTVp)23(11RCTRTV%3 .15141V4V231p2pPVoQW1)23(1RCTV 7.8 循环过程循环过程解解例例2 1mol 单原子分子理想气体循环过程如图所示，单原子分子理想气体循环过程如图所示， ab

6、 是等温过程。是等温过程。 此循环效率此循环效率求求ac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa） ab是等温膨胀过程是等温膨胀过程bc是等压压缩过程是等压压缩过程)(cbpbcTTCQ02ln600R0750RababVVRTAQlnCp=5R/2Tc=300Kca是等体升压过程是等体升压过程0450)(23)(RppVTTCEQcacaVcaTb=600K循环过程中系统吸热：循环过程中系统吸热：RRRQQQcaab8664502ln6001循环过程中系统放热：循环过程中系统放热：RQQbc750200124 .1386675011RRQQ此循环效率：此循环效率：或或bcabA

7、AA%4 .13ln1caabbcbcabQQPVVVRTQA1QA用用bcbcabPVVVRTlnac1600300b2V（10-3m3）Op（10-3Pa）1. 开尔文说法开尔文说法（热与功的转换）（热与功的转换）： 不可能制成一种不可能制成一种循环工作循环工作热机热机，它只从，它只从一个一个热源吸取热量热源吸取热量, 使之使之全部全部转变为转变为有用功有用功，对外对外不产生其它影响。不产生其它影响。热力学第二定律的提出热力学第二定律的提出1. 功热转换的条件第一定律无法说明功热转换的条件第一定律无法说明. 2. 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题

8、第一定律无法说明逆性问题第一定律无法说明. 一、热力学第二定律的两种表述一、热力学第二定律的两种表述 7.9 热力学第二定律热力学第二定律第二类永动机：单热源循环的热机第二类永动机：单热源循环的热机若热机效率能达到若热机效率能达到100%100%, , 则仅地球上的海水冷却则仅地球上的海水冷却11 , , 所获得的功就相当于所获得的功就相当于10101414t t 煤燃烧后放出的热量。煤燃烧后放出的热量。地球地球热机热机Q1Ar 说明说明(1) 吸收的热量可以转化为功（热机）。吸收的热量可以转化为功（热机）。(2) 单一过程吸收的热量可以单一过程吸收的热量可以全部全部转化为功转化为功（等温膨胀

9、）（等温膨胀）, ,循环过程不行。循环过程不行。 (3) 热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形热力学第二定律开尔文表述的另一叙述形式式: :第二类永动机不可能制成。第二类永动机不可能制成。 7.9 热力学第二定律热力学第二定律11121QQQA(4) 热力学第二定律的开热力学第二定律的开尔文表述实际上表明了：尔文表述实际上表明了：2. 克劳修斯说法克劳修斯说法（热传递方向）：（热传递方向）：不可能把热不可能把热量从低温传向高温物体而不引起其它变化。量从低温传向高温物体而不引起其它变化。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。热量不能自动地从低温物体传向高温物体。r 说明说明(1) 热量可以从低温

10、物体传向高温物体热量可以从低温物体传向高温物体( (致冷机致冷机) )，外界要发生变化。外界要发生变化。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%48蒸汽机蒸汽机%8柴油机柴油机%37汽油机汽油机%25 7.9 热力学第二定律热力学第二定律u 热力学第二定律的两种表述等价热力学第二定律的两种表述等价 证明证明（略）（略） 1. 开尔文说法开尔文说法（热与功的转换）（热与功的转换）不可能制成一种不可能制成一种循环工作循环工作热机，它只从热机，它只从一个一个热源吸取热量热源吸取热量, 使之使之全部全部转变为有用功，对转变为有用功，对外不产生其它影响。外不产生其它影响。 热力学第二定律热

11、力学第二定律（过程进行方向）（过程进行方向）2. 克劳修斯说法克劳修斯说法（热传递方向）：（热传递方向）：热量不能热量不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。r小结：小结：AQw2(3) 热力学第二定律的克劳修热力学第二定律的克劳修斯表述实际上表明了：斯表述实际上表明了： 7.9 热力学第二定律热力学第二定律反证法反证法用热力学第二定律证明：在用热力学第二定律证明：在p V 图上任意图上任意两条绝热线不可能相交。两条绝热线不可能相交。例例证证abc绝热线绝热线等温线等温线AQab设两绝热线相交于设两绝热线相交于c 点，点，在两绝热线上寻找温度在两绝热线上寻找温度相同的两

12、点相同的两点a、b。在在ab间作一条等温线，间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此构成一循环过程。在此循环过程中循环过程中VpO这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背是违背热力学第二定律的开尔文表述的热力学第二定律的开尔文表述的。因。因此任意两条绝热线不可能相交。此任意两条绝热线不可能相交。 7.9 热力学第二定律热力学第二定律7.10 可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程一、概念一、概念准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程 若系统经历了一个过程，而过程若系统经历了一个过程，而过程的的每一步每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起都

13、可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，这个过程就称为可逆过程。外界的任何变化，这个过程就称为可逆过程。1. 可逆过程：可逆过程： 如对于某一过程，用任何方如对于某一过程，用任何方法都不能使法都不能使系统和外界系统和外界恢复到原来状态，或恢复到原来状态，或回到原状态要回到原状态要产生其他影响产生其他影响，该过程就是不，该过程就是不可逆过程。可逆过程。 2. 不可逆过程不可逆过程：非非准静态过程为不可逆过程准静态过程为不可逆过程 二、热力学第二定律的本质二、热力学第二定律的本质 热功转换热功转换完全完全功功不不完全完全热热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程自然界一切与热现象有关的实际宏

14、观过程都是不可逆的都是不可逆的 .无序无序有序有序自发自发非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导热传导非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发自发 7.10 可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程7.11 卡诺循环卡诺循环 卡诺定理卡诺定理7.11.1 卡诺循环卡诺循环构成：构成：由两个等温过程和两个绝热过程组成。由两个等温过程和两个绝热过程组成。u 热机效率热机效率 1211lnVVRTQ4322lnVVRTQ121QQpV1p2p3p4p1V2V3V4VabC d绝热线绝热线 等温线等温线 2Q放热放热 12VV43VV1Q吸热吸热 121TT对对bc da应用绝热过程方程，则有应用绝热过程方程，则有132121VTVT111142VTVT结论结论:1. 卡诺循环需要高温和低温两个热源卡诺循环需要高温和低温两个热源.2. 只与高低温热源的温度有关，与过程无关只与高低温热源的温度有关，与过程无关.卡1卡3. 02T提高提高 的途径为提高的途径为提高 或降低或降低 .卡1T2T121TT