大学物理-第七章

大学物理热力学基础/07本章导读3在热学中，热力学是宏观理论，统计物理是微观理论。微观理论的结论需由宏观热力学验证，而宏观热力学的规律经微观理论分析后可进一步揭示其本质，两者是相辅相成、紧密联系的。前一章我们介绍了微观理论中的气体动理论，本章我们将主要介绍宏观热力学基础。7.1热力学第零定律热力学第零定律：如果两个物体都与处于确定状态的第三物体处于热平衡，则这两个物体彼此处于热平衡。处于热平衡状态的所有物体都具有共同的宏观性质：它们的冷热程度相等。这个宏观性质就是温度。因此，温度是决定一个物体是否与其他物体处于热平衡的宏观性质。7.2准静态过程中气体做功7.2.1热力学系统及准静态过程热力学系统孤立系统与外界既无物质交换也无能量交换的系统封闭系统与外界无物质交换但有能量交换的系统开放系统与外界既有物质交换也有能量交换的系统热力学系统的状态随时间发生变化的过程称为热力学过程，简称过程。热力学过程是由一系列的中间状态组成的。准静态过程：是指该过程进行得足够缓慢，以致系统连续经历的每一个中间状态都可视为平衡态。曲线就表示系统由A态到B态的某一准静态过程。7.2准静态过程中气体做功7.2.1热力学系统及准静态过程内能是系统状态的单值函数。7.2准静态过程中气体做功7.2.2内能、做功及传热1．内能7.2准静态过程中气体做功7.2.2内能、做功及传热2．做功7.2准静态过程中气体做功7.2.2内能、做功及传热2．做功7.2准静态过程中气体做功7.2.2内能、做功及传热3．传热利用温度差在物体之间传递热运动能量的方式称为传热。在这个过程中，系统与外界之间通过传热所交换的运动能量称为热量，用Q表示。热量的本质是能量，在国际单位制中，其单位为焦耳（J）。做功和传热都是改变系统内能的方式，即功和热量都是系统能量变化的量度。做功和传热的微观本质是不同的。，，7.3.1热力学第一定律7.3热力学第一定律及其应用热力学第一定律：系统从外界吸收的热量，一部分用于增加系统的内能，另一部分用于系统对外做功。热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造成的。为了便于应用热力学第一定律，作如下规定：系统从外界吸收热量，Q为正，系统向外界放出热量，Q为负；系统对外做功，W为正，外界对系统做功，W为负；系统内能增加，ΔE为正，系统内能减少，ΔE为负。例题讲解1，，，，7.3热力学第一定律及其应用例题讲解1，，，，7.3热力学第一定律及其应用7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用热力学第一定律可以应用于任何热力学系统的任何热力学过程。7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用1．等容过程7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用1．等容过程7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用2．等压过程7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用2．等压过程7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用3．等温过程7.3.2热力学第一定律的应用，，7.3热力学第一定律及其应用4．绝热过程例题讲解2，，，，7.3热力学第一定律及其应用例题讲解3，，，，7.3热力学第一定律及其应用，，7.4.1循环过程7.4循环过程循环过程：系统从某一状态出发，经过一系列变化过程后，又回到原来状态的过程。循环过程进行的方向在曲线上用箭头表示，按顺时针方向进行的循环过程称为正循环，按逆时针方向进行的循环过程称为逆循环。，，7.4.1循环过程7.4循环过程1．正循环及热机效率热机：能够将热能持续地转变为功的装置，如蒸汽机、内燃机、发动机等。

热机是以正循环为其工作过程的。例题讲解4，，，，7.4循环过程例题讲解4，，，，7.4循环过程，，7.4.1循环过程7.4循环过程2．逆循环及制冷系数我们把能够利用外界对系统做功将热量从低温热源传入高温热源，从而获得低温的装置称为制冷机，如空调、冰箱等。制冷机是以逆循环为其工作过程的。，，7.4.2卡诺循环7.4循环过程卡诺循环中，工作物质只与两个恒温热源交换热量，其循环曲线由两条等温线和两条绝热线组成，如图所示。按卡诺循环工作的热机称为卡诺热机。如图所示，ABCDA为一卡诺循环过程。卡诺循环的工作过程如图所示，它可以看作是工作于两个恒温热源之间的准静态过程。例题讲解5，，，，7.4循环过程例题讲解5，，，，7.4循环过程，，7.5.1热力学第二定律的两种表述7.5热力学第二定律1．开尔文表述热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸热，使之完全变为有用功而不产生其他影响。也可简述为，第二类永动机是不可能制造成的。单一热源是指温度均匀且恒定不变的热源。其他影响是指除从单一热源吸热和把所吸的热用来做功以外的任何变化。，，7.5.1热力学第二定律的两种表述7.5热力学第二定律2．克劳修斯表述热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体，而不引起其他变化。不需要外界做功，热量便能自动地从低温物体传递到高温物体。但大量实践表明，要使热量从低温物体传递到高温物体，必须有外界做功才能实现。，，7.5.2自发过程的方向性7.5热力学第二定律如果开尔文表述成立，则克劳修斯表述也成立；反之，如果克劳修斯表述成立，则开尔文表述也成立。实际经验表明，不仅是热功转换和热传导过程具有方向性，一切自发过程（不受外界影响系统内部自动发生的过程）的进行都具有一定的方向性，其逆过程虽不违背热力学第一定律，但却不能自动进行。，，7.5.3可逆过程与不可逆过程7.5热力学第二定律可逆过程：一个系统，从某一状态出发经某一过程到达另一状态，如果此过程反向进行，能够重复原来过程的每一状态，并使系统重新回到初状态，同时消除原来过程对外界引起的一切影响；不可逆过程：反之，如果过程反向进行，不能重复原来过程的每一状态回到初状态，或即使系统回到初状态，但外界不能完全复原。，，7.5.4卡诺定理7.5热力学第二定律本章小结1．热力学第零定律，，，，如果两个物体都与处于确定状态的第三物体处于热平衡，则该两个物体彼此处于热平衡，这个定律称为热力学第零定律。2．热力学系统及准静态过程热力学系统可分为孤立系统、封闭系统和开放系统三类。准静态过程是指该过程进行得足够缓慢，以致系统连续经历的每一个中间状态都可视为平衡态。本章小结3．内能、做功及传热，，，，本章小结4．热力学第一定律及其应用，，，，（1）系统从某一状态出发，经过一系列变化过程后，又回到原来状态的过程称为循环过程。人们把能够将热能持续地转变