热力学3与习题课.ppt

1、一、 开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化 .,第二定律的提出,1 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 逆性问题第一定律无法说明.,9.6.1 热力学第二定律的两种表述,9.6 热力学第二定律,等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.,卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.,永 动 机 的 设 想 图,虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温 物体，但需外界作功且使环境发生变化 .,二、 克劳修斯说法：不可能把热量从低温物

2、体自 动传到高温物体而不引起外界的变化 .,9.6.2 热力学第二定律两种表述的等价性,证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动 地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中 是违反开尔文表述的.,证明（反证法）：设开尔文表述不对，证明克劳修斯 表述也不对。,总之，热力学第二定律的两种表述是等效。,1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结.,3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说 法都反映了自然界过程进行的方向性 .,2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 .,准静态无摩擦过程为可逆过程,可逆过程 : 在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态, 而不

3、引起其他变化, 这样的过程叫做可逆过程 .,9.7 可逆过程与不可逆过程,不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.,准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程 .,可逆过程的条件,自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 .,热力学第二定律的实质,一.气体分子动理论,1. 基本概念,(1) 平衡态和平衡过程,平衡态：若系统与外界无能量交换，则系统的宏性质不 随时间改变，这样的状态称为平衡态。 平衡过程：系统从一个状态不断地变化到另一个状态， 我们称系统经历

4、了一个过程。若其间所经历 的所有中间状态都无限地接近平衡态，这个 过程称为平衡过程。,(2) 理想气体压强和温度的微观实质,压强：所有分子每秒钟施于单位面积器壁的冲量。,温度：标志物体内分子无规则运动的剧烈程度。,内能：在一个系统内，所有分子的动能和分子间 相互作用势能的总和称为内能。,理想气体的内能：所有分子的动能总和。,2. 统计规律,(1) 麦克斯韦速率分布率：在平衡态下，理想气体分子分布在任一速率区间vv+dv内的分子数占总分子数的比率为：,分布函数,三种速率,(2)能量均分定理：在温度为T 的平衡态下，气体分子每个自由度的平均动能都相等，其大小等于 。,二. 热力学,1.热力学第一定

5、律：,理想气体的平衡过程:,热力学第一定律对理想气体四个过程的应用,2.循环过程：,致冷系数：,热机效率：,3.热力学第二定律：,开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而不产生其它影响。,克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。,如果一定量的理想气体，其体积和压强依照 的规律变化，其中a 为已知常数. 试求： (1) 气体从体积V1膨胀到V2所作的功； (2) 体积为V1时的温度T1与体积为V2 时的温度T2之比.,解：对平衡过程：,由,2、 1mol双原子分子理想气体，经如图A B过程。其摩 尔热容为CAB=CV-R.求：该过程的过程方程。,解：由摩尔热容的定义：,由热力学第一定律：,再由：,积分得：,3. 1mol双原子分子理想气体作如图的可逆循环过程，其中12为直线，23为绝热线，31为等温线. 已知 =45,T2 =2T1 , V3 = 8V1 试求： （1） 各过程的功，内能增量和传递的热量； （用T1 和已知常数表示） （2） 此循环的效率.,解：对双原子分子，,4. 一定量的理想气体经历如图所示的循环过程，AB和CD示等压过程，BC和