第一章 11-110_热力学的基本规律 热力学统计物理 学生

1、1热统2热统 定义：热力学研究的对象定义：热力学研究的对象宏观物质系统宏观物质系统系统分类：系统分类： 孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统 封闭系统：与外界有能量交换，但无物质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开放系统：与外界既有能量交换，又有物质交换的系统 一一 、热力学系统（简称为系统）、热力学系统（简称为系统）3热统二、平衡状态二、平衡状态真空孤立系统：外界对系统既不做功也不传热孤立系统：外界对系统既不做功也不传热定义：热力学系统在定义：热力学系统在不受外界条件影响不受外界条

2、件影响下，经过足够长时下，经过足够长时间后，系统的间后，系统的宏观性质宏观性质不随时间变化的不随时间变化的状态状态),(TVppV),(TVp*o系统由初态达到平衡态所经历的时间称为系统由初态达到平衡态所经历的时间称为弛豫时间弛豫时间 4热统箱子假想分成两相同体积的部分，箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。界线，但两侧粒子数相同。例如：例如：粒子数粒子数说明说明： 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，为碰撞， 每个分子的速度经常在变，但是系统的每个分子的速度经常在变，但

3、是系统的宏宏观量观量不随时间不随时间 改变。改变。平衡态是一种热动平衡平衡态是一种热动平衡5热统平衡态的特点平衡态的特点注意注意1）理想化；理想化； 实际中没有绝对的孤立系统；存在微小涨落实际中没有绝对的孤立系统；存在微小涨落2）动态平衡。动态平衡。, p T1）单一性（）单一性（ 处处相等）处处相等）;2）物态的稳定性）物态的稳定性 与时间无关；与时间无关；3）自发过程的终点；）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）热动平衡（有别于力平衡）.6热统三、状态参量三、状态参量状态参量状态参量定义：系统处于平衡态时，可以表征、描述系统状态的变量定义：系统处于平衡态时，可以表征、描述系统状态的

4、变量 几何参量：几何参量：体积体积 电磁参量：电磁参量：电场强度，电极化强度，磁化强度电场强度，电极化强度，磁化强度 力学参量：力学参量：压强压强 热学参量：热学参量：温度（直接表征热力学系统的冷热程度）温度（直接表征热力学系统的冷热程度） 化学参量：化学参量：摩尔数，浓度，质量摩尔数，浓度，质量7热统宏观量宏观量表征系统宏观性质的物理量表征系统宏观性质的物理量如系统的体积如系统的体积V、压强、压强P、温度、温度T等，可等，可直接直接测量测量可分为可分为广延量广延量和和强度量强度量广延量有累加性如质量广延量有累加性如质量M、体积、体积V、内能、内能E等等强度量无累加性如压强强度量无累加性如压强

5、 P，温度，温度T等等微观量微观量描写单个微观粒子运动状态的物理量描写单个微观粒子运动状态的物理量一般只能一般只能间接间接测量测量如分子的质量如分子的质量 m、大小、大小 d等等8热统 气体的物态参量及其单位气体的物态参量及其单位（宏观量）（宏观量）TVp, 1 气体压强气体压强 ：作用于容器壁上：作用于容器壁上单位面积的正压力（力学描述）单位面积的正压力（力学描述）.p 单位：单位：21Pa1N m 2 体积体积 : 气体所能达到的最大空间（几何气体所能达到的最大空间（几何描述）描述）. 33331m10 L10 dmV单位：单位：51atm1.013 10 Pa标准大气压：标准大气压： 纬

6、度海平面处纬度海平面处, 时的大气压时的大气压.450C 3 温度温度 : 气体冷热程度的量度（热学描述）气体冷热程度的量度（热学描述）. T单位：单位： （开尔文）（开尔文）.K9热统一、热力学第零定律一、热力学第零定律热交换：热交换：系统之间传热但不交换粒子热平衡：热平衡：两个系统在热交换的条件下达到了一 个共同的平衡态。在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热平衡，即使A和B没有接触，它们仍然处于热平衡状态，这种规律被称为热力学第零定律（热平衡定律）热力学第零定律（热平衡定律） 1.2 热平衡定律和温度热平衡定律和温度10热统（1）日常生活中，常用）日常生活中，常用温度温度来表示

7、来表示冷热冷热的程度的程度（2）在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡）在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡 系统下的微观粒子系统下的微观粒子热运动强弱程度热运动强弱程度的度量的度量 温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件： 两个处于热平衡的系统两个处于热平衡的系统 温度一定相同温度一定相同 两个温度相同的系统两个温度相同的系统 一定处于热平衡一定处于热平衡 为了描绘一个系统与另外一个系统处于为了描绘一个系统与另外一个系统处于 热平衡热平衡 需要一个物理量：需要一个物理量：温度温度11热统 热力学第零定律的物理意义互为热平衡的系统之间必存在一个相同的

8、特征， 即它们的温度是相同的。第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别两个系统是否处于热平衡的方法测量温度是否相同。系统系统C（温度计）（温度计）系统系统A系统系统B热平衡吗？热平衡吗？热接触热接触热接触热接触12热统二、温标二、温标 定义：温度的数值表示法叫做定义：温度的数值表示法叫做温标温标选择测温物质和测温参量（属性）选择测温物质和测温参量（属性）选定固定点选定固定点进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系以液体摄氏温标为例以液体摄氏温标为例（1）水银测温度）水银测温度 体积随温度变化测温属性体积随温度变化测温属性（2）1atm 水冰点水冰点0

9、摄氏度；摄氏度； 气点气点 100摄氏度摄氏度（3）确定测温属性随温度的变化关系）确定测温属性随温度的变化关系 经验温标经验温标 三要素三要素 1 经验温标：经验温标：在经验上以某一物质属性随温度的变化为依在经验上以某一物质属性随温度的变化为依据并用经验公式分度的统称经验温标据并用经验公式分度的统称经验温标13热统016.273VRvKptrV0不变Ptr为该气体温度计在水的三相点温为该气体温度计在水的三相点温度下的压强度下的压强（体积不变）（体积不变）2、理想气体温标、理想气体温标以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积（压强）不变时压强（体积

10、）与温度成正比关系所（压强）不变时压强（体积）与温度成正比关系所确定的温标确定的温标称为理想气体温标称为理想气体温标定容气体温度计定容气体温度计trppKpT16.273)(RvpVappT0)(14热统Ptr/mmHg373.0373.2374.02004006008001000T(p)=373.15KT(p)H2N2O2空气由气体温度计所定出的温标称为理想气体温标,它不依赖于任何气体的个性，当Ptr越低，不同气体定容温标差别越小，所指示的温度几乎完全一致。0( )273.16limtrptrpT pKp定压气体温度计定压气体温度计:trptrtrVVVKVVKVTlim16.273lim1

11、6.273)(00RvKVPtr16.27315热统3、热力学温标、热力学温标是一种不依赖于测温物质及其物理属性的温标是一种不依赖于测温物质及其物理属性的温标,单位：单位：K (Kelvin) 规定：规定： T3=273.16K理想气体温标理想气体温标在有效范围内在有效范围内(温度在液化点之上、温度在液化点之上、1000度以下度以下)与与热力学温标热力学温标一致一致。开尔文16热统0273.15tTCK09459.675tTFK1.8RTT17热统,(,)( ,)0iiii miiii mTT p Vf T p V或 物态方程物态方程平衡态平衡态 把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体

12、积、温度）把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足的函数关系称为该物质的之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程物态方程或称或称状态方程状态方程。 1.3 物态方程物态方程在热力学中，物态方程的具体形式一般要由实验来确定在热力学中，物态方程的具体形式一般要由实验来确定。与与物态方程密切相关的几个重要物理量：物态方程密切相关的几个重要物理量： pTVV1VTpp 1 TTpVV 1 膨胀系数膨胀系数 压强系数压强系数 等温压缩系数等温压缩系数 18热统2、理想气体状态方程、理想气体状态方程一、理想气体物态方程一、理想气体物态方程1、玻意耳（马略特）定律、玻意耳（马略特）

13、定律一定质量的气体，温度不变一定质量的气体，温度不变 注意：（注意：（1）温度不变）温度不变,PV为一常数为一常数;温度改变温度改变,常数也要改变常数也要改变 （2）P不太大不太大,T要不太低时适用要不太低时适用;P越低越低,遵守得越好遵守得越好CpV CpV a由玻意耳（马略特）定律由玻意耳（马略特）定律trtrtrCVpCVptrtrtrtrtrtrCCKVpVPKVVKVT16.27316.27316.273)()(16.273VTKCCtr)(16.273VTKCCpVtrb理想气体温标理想气体温标19热统c 阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律: 同温同压下，同温同压下，1mol气体的体积相

14、同气体的体积相同mV是是1mol气体体积，气体体积，mVvVvmol气体体积气体体积trmtrtrtrtrVpvVpC,TKVpvTKCpVtrmtrtr16.27316.273,KVpRtrmtr16.273,令令)(16.273VTKCCpVtr20热统 得到理想气体状态方程得到理想气体状态方程mmpVRTRTM3、普适气体常数、普适气体常数R1摩尔理想气体在压强为摩尔理想气体在压强为1atm, 温度为冰点温度为冰点T0=273.15K时时KVpRtrmtr16.273,1120001020574. 8KmolLatmTVpR33010413996.22mV（实验测量值）21热统12()n

15、pVRT1212nnRTRTRTppppVVV12,.,np pp4、混合理想气体物态方程、混合理想气体物态方程注意：注意：（1）是各混合气体成分在同温同体积时独自贡是各混合气体成分在同温同体积时独自贡献的献的压强；压强；（2）气体压强比较低时适用。）气体压强比较低时适用。RTMmvRT总=M :平均摩尔质量22热统二、非理想气体的状态方程二、非理想气体的状态方程 范得瓦尔斯方程范得瓦尔斯方程 范得瓦尔斯气体：范得瓦尔斯气体： 1摩尔范式气体（摩尔范式气体（a,b对于一定的气体来说是常数，由实验测定）对于一定的气体来说是常数，由实验测定）范得瓦尔斯方程范得瓦尔斯方程:222()()()() m

16、mmmmapVbRTVmammpVbRTMVMM（） 昂尼斯方程：昂尼斯方程：（1mol范氏气体）范氏气体）若气体质量为若气体质量为m,体积为体积为V,则范氏方程为：则范氏方程为：.32DPCPBPAPVm )()(12TCVnTBVnVnRTp分子模型分子模型2mVa考虑分子大小（考虑分子大小（b） 分子之间引力（分子之间引力（ ）23热统三、简单固体（各相同性）和液体的状态方程三、简单固体（各相同性）和液体的状态方程四、顺磁性固体的状态方程四、顺磁性固体的状态方程居里定律：居里定律：经验公式：经验公式： M为磁化强度，为磁化强度，C为常数，为常数，T为温度，为温度，H为外磁场强度为外磁场强

17、度 HTCM pTTTVpTVT )(1)0 ,(),(000 24热统24 一、功是力学相互作用下的能量转移一、功是力学相互作用下的能量转移 力学相互作用力学相互作用：将力学平衡条件破坏时所产生的对系统状：将力学平衡条件破坏时所产生的对系统状态的影响。态的影响。 在力学相互作用过程中系统和外界之间转移的能量就是在力学相互作用过程中系统和外界之间转移的能量就是功功。热力学认为力是一种热力学认为力是一种广义力广义力，所以功也是，所以功也是广义功广义功。注意：注意：1）、只有在系统状态变化过程中才有能量转移。）、只有在系统状态变化过程中才有能量转移。2）、只有在广义力（如压强、电动势等）作用下）、

18、只有在广义力（如压强、电动势等）作用下产生了广义位移（如体积变化、电量迁移等）后产生了广义位移（如体积变化、电量迁移等）后才作了功。才作了功。3）、在非准静态过程中很难计算系统对外作的功）、在非准静态过程中很难计算系统对外作的功。4）、功有正负之分。）、功有正负之分。25热统25 Ape xdx2、外界外界对对气体气体所作的功为：所作的功为：所作的总功为：所作的总功为：pp1 p2 0V1 V2 VV V+dV二、体积膨胀功二、体积膨胀功 1、气体气体对对外界外界所作的元功为：所作的元功为： 21VVPdVWPdVPSdxdW 21VVPdVW曲线所围成的面积26热统26 等温等温pp1 p2

19、 V1 V2 VABCD0三种过程所作的功不同，说明功与变三种过程所作的功不同，说明功与变化的路径化的路径有关有关，它不是状态的函数，它不是状态的函数（广义力为非保守力）（广义力为非保守力）3 3、理想气体在几种可逆过程中功的计算、理想气体在几种可逆过程中功的计算12ln2121VVRTVdVRTpdVWVVVV。说明外界对气体作负功则若膨胀时，, 0,12WVV122211lnppRTWVpVp等温过程：等温过程：27热统27 等压过程等压过程：)(),(121221TTRWVVppdVWVV利用状态方程可得：0, 0WdVFdldW 等体过程等体过程：三、其它形式的功三、其它形式的功1、拉

20、伸弹簧棒所作的功、拉伸弹簧棒所作的功l0 l0+dlFFAkdFl28热统A是横截面积是横截面积29热统29 LxdxFAGECuSO4 ZnSO4 CuZnab可可逆逆电电池池29 2、表面张力功、表面张力功LxdxFA3、可逆电池所作的功、可逆电池所作的功2dWldxdSdWEdq是表面张力系数是表面张力系数 30热统30 4、功的一般表达式、功的一般表达式iiidxYdW x是是 广义坐标，它是广义坐标，它是广延量广延量，广延量，广延量的的特征特征是：若系统在相同情况下质量扩大是：若系统在相同情况下质量扩大一倍，则广延量也扩大一倍。一倍，则广延量也扩大一倍。 Y是广义力，它是是广义力，它

21、是强度量强度量，强度，强度量的量的特征特征是：当系统在相同情况下质是：当系统在相同情况下质量扩大一倍时，强度量不变。量扩大一倍时，强度量不变。31热统能量守恒和转化定律能量守恒和转化定律的内容是：自然界一切物体都具的内容是：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数值不变。化和传递中能量的数值不变。第一类第一类永动机永动机是不可能制造的。是不可能制造的。一、能量守恒和转化定律（热力学第一定律）一、能量守恒和转化定律（热

22、力学第一定律）32热统第一类永动机：第一类永动机：历史上有不少人有过这样美好的愿望：制造一种不需要动力的机器，它可以源源不断的对外界做功，这样可以无中生有的创造出巨大的财富来，在科学历史上从没有过永动机成功过，能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有的制造能量。因此根本不能制造永动机。它违背热力学第一定律：物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与外界对物体所做功的总和。热力学第一定律另一表述：热力学第一定律另一表述： 制造制造第一类永动机第一类永动机是不可能的。是不可能的。33热统第二类永动机第二类永动机：曾经有人设计一类机器，希望它

23、从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化热力学第二定律。 34热统二、内能二、内能态函数态函数 内能内能是系统内部所有微观粒子（如分子、原子等）是系统内部所有微观粒子（如分子、原子等）的微观的的微观的无序无序运动能以及相互作用势能两者之和。内能运动能以及相互作用势能两者之和。内能是状态函数，处于

24、平衡态系统的内能是确定的。内能与是状态函数，处于平衡态系统的内能是确定的。内能与系统状态间有一一对应关系。系统状态间有一一对应关系。 大量的实验证明大量的实验证明：一切绝热过程中使水升高相：一切绝热过程中使水升高相同的温度所需要的功都是相等的。同的温度所需要的功都是相等的。W绝热绝热=U2-U1 从从能量守恒定理能量守恒定理知道：系统吸热，内能应增加；知道：系统吸热，内能应增加；外界对系统作功，内能也增加。若系统既吸热，外界外界对系统作功，内能也增加。若系统既吸热，外界又对系统作功，则内能增量应等于这两者之和。又对系统作功，则内能增量应等于这两者之和。内能是状态的函数内能是状态的函数重力势能是

25、高度的函数重力势能是高度的函数35热统35 注意注意1、内能是一种宏观热力学的观点，不考虑微观、内能是一种宏观热力学的观点，不考虑微观 的本质。的本质。2、内能是一个相对量、内能是一个相对量。 3、热学中的内能不包括物体整体运动的机械能、热学中的内能不包括物体整体运动的机械能。4、内能概念可以推广到非平衡态系统。、内能概念可以推广到非平衡态系统。 5、有些书上提到的热能实质上是指物体的内能。、有些书上提到的热能实质上是指物体的内能。 36热统三、热力学第一定律的数学表述三、热力学第一定律的数学表述EWQ )(WEQ Q0Q0，系统吸收热量；，系统吸收热量；Q0Q0W0, ,系统对外作正功；系统

26、对外作正功；W0W0E0, ,系统内能系统内能增加，增加， E0E0, ,系统内能减少系统内能减少。规定规定热力学第一定律热力学第一定律的普遍形式的普遍形式37热统dWdEdQ 对对无限小无限小过程（时间无限小，位移无限小过程（时间无限小，位移无限小） 对于准静态过程，如果系统对外作功是通过对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，则体积的变化来实现的，则 21VVpdVEQ pdVdEdQ 热力学第一定律热力学第一定律的普遍形式的普遍形式38热统 UUUUdAdQdKdU39热统39 一、定体热容与内能一、定体热容与内能abcdeTT+dTpV0定体比热容定体比热容cv 定压

27、比热容定压比热容cp 定体摩尔热容定体摩尔热容Cv,m定压摩尔热容定压摩尔热容Cp,m 等体过程等体过程ab, dV=0(Q)Q)v v = = U U 任何物体在任何物体在等体过程中等体过程中吸收的热量吸收的热量就等于它内就等于它内能的增量能的增量。cVVTVTVTuTuTm总Q)()(lim)(lim00VmVTUC)(,mVVVCm总cC,40热统40 二、定压热容与焓二、定压热容与焓)()(pVUQp在等压过程中在等压过程中吸收的热量等吸收的热量等于焓的增量于焓的增量称为焓定义函数：,pVUHpTpTpTHTHTmQc)()(lim)(lim00pmmpTHC)(,mpppcmcC,4

28、1热统一、焦耳实验一、焦耳实验BAC焦耳焦耳实验实验42热统如果选T,V为状态参量，则内能函数U=U(T,V)，三个变量满足焦耳的实验结果给出焦耳定律：43热统43 二、焦耳二、焦耳-汤姆孙效应汤姆孙效应焦耳焦耳-汤姆孙效应汤姆孙效应节流过程节流过程发现实际气体的内能与体积有关，绝热节流过程前后的焓发现实际气体的内能与体积有关，绝热节流过程前后的焓不变。不变。节流、膨胀、制冷节流、膨胀、制冷44热统分析上述绝热节流过程分析上述绝热节流过程 。左方气体（外界）对已通过多。左方气体（外界）对已通过多孔塞的一定量的气体作功为孔塞的一定量的气体作功为111111VplspA2211VpVp外界对一定量

29、的气体所作的外界对一定量的气体所作的净功净功为：为：1U2U设这一定量的气体在左边时内能为设这一定量的气体在左边时内能为在右边时内能为在右边时内能为 0Q注意是绝热过程有注意是绝热过程有221112VpVpUU由热力学第一定律可得出由热力学第一定律可得出222111VpUVpU21HH 或者或者 即即 所以气体经绝热节流过程后焓不变。所以气体经绝热节流过程后焓不变。222222VplspA这一定量的气体通过多孔塞后它要推动右方的气体（外界）这一定量的气体通过多孔塞后它要推动右方的气体（外界）作功，于是外界对它作的负功为：作功，于是外界对它作的负功为：45热统45 三、理想气体的内能和焓的表达式

30、三、理想气体的内能和焓的表达式理想气体严格遵守理想气体严格遵守)(TUURTpV和00,Tv mTUUCdT理想气体的内能表达式理想气体的内能表达式理想气体的焓的表达式理想气体的焓的表达式00,Tp mTHHCdT,mddddppQCTUp VdURdTTRVpddRCCVpm,m,TCUVddm, 摩尔热容比摩尔热容比 m,m,VpCC定体热容与定压热容的关系：定体热容与定压热容的关系：1mol 迈耶公式迈耶公式,11VpnRnRCC这里n是摩尔数47热统47 VdpCpdVRCdTmVmV,)(可得：消去VdpCpdVCRCCmVmpmVmp,0,VdVpdpCCmVmp令常数两边取积分得

31、：VplnlndTCpdVUQmV , 0绝热过程：RTpV理想气体：又RdTVdppdV48热统48 常数pV常数1TV常数Tp167. 135,23,RCmV对单原子：4 . 157,25,RCmV对双原子：即：即：（泊松公式）)(1)(, 01212,12TTvRTTvCUUWQmV绝热111122VpVp过程方程49热统气体的r 可通过测量该气体的声速确定牛顿声速公式？0,VdVpdpCCmVmppdVVdp= -比体积：单位质量的体积1Vvm50热统51热统51 一、循环过程一、循环过程 ABCDpV0一一 系统由某一平衡态出发，经过任意系统由某一平衡态出发，经过任意的一系列过程又回

32、到原来的平衡态的的一系列过程又回到原来的平衡态的整个变化过程，叫做整个变化过程，叫做循环过程。循环过程。顺时针顺时针-正循环；正循环；逆时针逆时针-逆循环逆循环。二、正循环热机及其效率二、正循环热机及其效率ABCD所围成的面积就是正循环所做的所围成的面积就是正循环所做的净功净功W。热机的效率：热机的效率：吸热QWABC 吸热，对外做正功；吸热，对外做正功；CDA 放热，对外做负功放热，对外做负功52热统52 由热力学第一定律：由热力学第一定律：WQQ放吸吸放放放吸QQQQQ1三、卡诺热机三、卡诺热机循环由两条等温线和两条绝热线组成循环由两条等温线和两条绝热线组成1234T1 T2 绝热线绝热线

33、等温线等温线pV0121211TTTTT卡诺热机53热统54热统 卡诺循环：卡诺循环：由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程所由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程所组成的循环称之为卡诺循环。组成的循环称之为卡诺循环。pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2工质工质1Q2Q21QQA 净净55热统1 12 2：与温度为：与温度为T T1 1的高温热源的高温热源接触，接触，T T1 1不变，不变， 体积由体积由V V1 1膨膨胀到胀到V V2 2，从热源吸收热量为，从热源吸收热量为: :1211VVlnRTMMQmol 2 23 3：绝热膨胀，体

34、积由：绝热膨胀，体积由V V2 2变到变到V V3 3，吸热为零。，吸热为零。pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T3 34 4：与温度为：与温度为T T2 2的低温热源接触的低温热源接触, ,T T2 2不变，体积由不变，体积由V V3 3压缩到压缩到V V4 4，从热源放热为，从热源放热为: :4322VVlnRTMMQmol 4 41 1：绝热压缩，体积由：绝热压缩，体积由V V4 4变到变到V V1 1，吸热为零。，吸热为零。56热统pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T1211VVlnRTMMQmol 4322VVlnRTMMQmol 1243VVVV 1214321

35、212111VVlnTVVlnTQQQQQ 对绝热线对绝热线2323和和4141：132121 VTVT12卡诺TT1142111 VTVT57热统说明：说明：121TT 卡卡诺诺 （1 1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源和低温热源（2 2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关（3 3）卡诺循环效率总小于）卡诺循环效率总小于1 1（4 4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的）在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中，卡诺循环的效率最高。一切热机中，卡诺循环的效率最高。58热统59热统四、卡诺制冷

36、机四、卡诺制冷机 逆向卡诺循环反映了制冷逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示。机的工作原理，其能流图如图所示。工质把从低温热源吸收的热量工质把从低温热源吸收的热量Q Q2 2和外界对和外界对它所作的功它所作的功W W以热量的形式传给高温热源以热量的形式传给高温热源Q Q1 1. .pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T高温热源高温热源T T1 1低温热源低温热源T2工质工质1Q2QW21QWQ 60热统致冷系数致冷系数4322lnVVRTQ 1243VVVV 212TTTc 212QQQc 1211lnVVTQ pV432V1V1o21Q2Q3V4V1T2T61热统C-

37、毛细节流阀毛细节流阀 B-冷凝器冷凝器 D-冷库冷库 E-压缩机压缩机 五五. .实际热机和制冷机实际热机和制冷机电冰箱电冰箱冷却水冷却水冷库蒸发器62热统 电动压缩泵将致冷剂（氟里昂）压缩成电动压缩泵将致冷剂（氟里昂）压缩成高温高压气体，送至冷凝器，向空气（高温高温高压气体，送至冷凝器，向空气（高温热源）中放热。经过毛细管减压膨胀，进入热源）中放热。经过毛细管减压膨胀，进入蒸发器吸收冰箱（低温热源）的热量，之后蒸发器吸收冰箱（低温热源）的热量，之后变为低压气体再一次循环变为低压气体再一次循环.。原理：原理：63热统 任何热力学过程都必须遵守热力学第一定律，然而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量可以由高温物体自发自发地传向低温物体，反之可以吗？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？气体自由吸收热量能否自动转化成机械能