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1、第七章 热力学基础第1页，共60页，编辑于2022年，星期一1.1.理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理想气体各种等值过程中的应用；想气体各种等值过程中的应用；想气体各种等值过程中的应用；想气体各种等值过程中的应用；2.2.理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；3.3.明确循环的意义，能对
2、简单循环进行计算。了解热力学明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热力学明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热力学明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热力学第二定律和卡诺定理的意义。第二定律和卡诺定理的意义。第二定律和卡诺定理的意义。第二定律和卡诺定理的意义。教学基本要求教学基本要求第2页，共60页，编辑于2022年，星期一热力学的研究方法热力学的研究方法热力学的研究方法热力学的研究方法：从实验事实出发，从实验事实出发，从实验事实出发，从实验事实出发，运用能量守恒及转换定律研究大运用能量守恒及转换定律研究大运用能量守恒及转换定律研究大运用能量守恒及转换定律研究大量分子热运动所表
3、现出来的宏观规律量分子热运动所表现出来的宏观规律量分子热运动所表现出来的宏观规律量分子热运动所表现出来的宏观规律。即研究状态变化。即研究状态变化。即研究状态变化。即研究状态变化过程中有关过程中有关过程中有关过程中有关热功转换的关系和条件热功转换的关系和条件热功转换的关系和条件热功转换的关系和条件。热力学是热现象的热力学是热现象的热力学是热现象的热力学是热现象的宏观宏观宏观宏观理论。理论。理论。理论。热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。定律。定律。定律
4、。学习中要抓住：学习中要抓住：学习中要抓住：学习中要抓住：（1 1）如何描述状态；）如何描述状态；）如何描述状态；）如何描述状态；（2 2）状态变化过程及其特征；）状态变化过程及其特征；）状态变化过程及其特征；）状态变化过程及其特征；（3 3）热功转换的关系和条件。）热功转换的关系和条件。）热功转换的关系和条件。）热功转换的关系和条件。第3页，共60页，编辑于2022年，星期一一、热力学系统一、热力学系统一、热力学系统一、热力学系统 热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、热力学系统：
5、被研究的一定量的物质或物体系（气、液、固），简称系统。固），简称系统。固），简称系统。固），简称系统。外界：与系统发生作用的环境。外界：与系统发生作用的环境。外界：与系统发生作用的环境。外界：与系统发生作用的环境。系统可分为：系统可分为：系统可分为：系统可分为：（1 1）一般系统：与外界有功、有热交换；）一般系统：与外界有功、有热交换；）一般系统：与外界有功、有热交换；）一般系统：与外界有功、有热交换；（2 2）透热系统：与外界无功、有热交换；）透热系统：与外界无功、有热交换；）透热系统：与外界无功、有热交换；）透热系统：与外界无功、有热交换；（3 3）绝热系统：与外界有功、无热交换；）绝热系
6、统：与外界有功、无热交换；）绝热系统：与外界有功、无热交换；）绝热系统：与外界有功、无热交换；（4 4）封闭系统：与外界无功、无热交换。）封闭系统：与外界无功、无热交换。）封闭系统：与外界无功、无热交换。）封闭系统：与外界无功、无热交换。二、系统的内能二、系统的内能二、系统的内能二、系统的内能 内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振动）的动能和分子间相互作用的势能之和动）的动能和分子间相互作用的势能之和动）的动能和分子间相互作
7、用的势能之和动）的动能和分子间相互作用的势能之和。系统的内能取决于系统的状态，系统的内能取决于系统的状态，系统的内能取决于系统的状态，系统的内能取决于系统的状态，是系统状态的单值函数是系统状态的单值函数是系统状态的单值函数是系统状态的单值函数。77771 1 1 1 内能、功、热量内能、功、热量内能、功、热量内能、功、热量第4页，共60页，编辑于2022年，星期一 对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，理想气体的内能等
8、于所有气体分子的动能之和。即理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能只是温度的函数只是温度的函数只是温度的函数只是温度的函数 E E=E E（T T），），），），内能的变化只取决于温度的变化。内能的变化只取决于温度的变化。内能的变化只取决于温度的变化。内能的变化只取决于温度的变化。内能内能内能内能 E E=f f（T T、V V）=f f（T T、P P）=f f（V V、P P）内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无内能是状
9、态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无关。关。关。关。（因为对给定的系统（因为对给定的系统（因为对给定的系统（因为对给定的系统,T T T T、V V V V、P P P P 三者之间有确定的函数关系。）三者之间有确定的函数关系。）三者之间有确定的函数关系。）三者之间有确定的函数关系。）第5页，共60页，编辑于2022年，星期一如：如：如：如：1 1 mol mol 双原子理想气体，温度由双原子理想气体，温度由双原子理想气体，温度由双原子理想气体，温度由27 27 0
10、 0C C上升到上升到上升到上升到127 127 0 0C C，问：问：问：问：（1 1）等容升温；（）等容升温；（）等容升温；（）等容升温；（2 2）等压升温；（）等压升温；（）等压升温；（）等压升温；（3 3）绝热升温。过程中内能）绝热升温。过程中内能）绝热升温。过程中内能）绝热升温。过程中内能 各增加了各增加了各增加了各增加了多少？多少？多少？多少？解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：对于实际气体，除分子各种运
11、动的动能外，还有分子间的势能，这势对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间的势能，这势对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间的势能，这势对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间的势能，这势能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能是气体的温度是气体的温度是气体的温度是气体的温度 T T T T 及体积及体积及体积及体积 V V V V 的函数：的函数：的函数
12、：的函数：第6页，共60页，编辑于2022年，星期一 焦耳焦耳焦耳焦耳汤姆逊实验、真实气体的内能汤姆逊实验、真实气体的内能汤姆逊实验、真实气体的内能汤姆逊实验、真实气体的内能 气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强空间的过程称为空间的过程称为空间的过程称为空间的过程称为节流过程节流过程节流过程节流过程或焦耳或焦耳或焦耳或焦耳-汤姆逊过程。汤姆逊过程。汤姆逊过程。汤姆逊过程。大压强空间大压强空间大压强空间大压强空间小压强
13、空间小压强空间小压强空间小压强空间多孔塞多孔塞多孔塞多孔塞对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。正焦耳正焦耳正焦耳正焦耳-汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；负焦耳负焦耳负焦耳负焦耳-汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。第7页，共60页，编辑于2022年，星期一对理想气体经历节流过程：对理想气体经历节流过程：
14、对理想气体经历节流过程：对理想气体经历节流过程：说明理想气体经历节流过程后温度不变。说明理想气体经历节流过程后温度不变。说明理想气体经历节流过程后温度不变。说明理想气体经历节流过程后温度不变。真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相互作用的势能。互作用的势能。互作用的势能。互作用的势能。实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出
15、实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出来，从而使温度降低，制成干冰。来，从而使温度降低，制成干冰。来，从而使温度降低，制成干冰。来，从而使温度降低，制成干冰。第8页，共60页，编辑于2022年，星期一三、热与功的等效性三、热与功的等效性三、热与功的等效性三、热与功的等效性如图：温度都由如图：温度都由如图：温度都由如图：温度都由 T T1 1 T T2 2 状态发生了相同的变化。状态发生了相同的变化。状态发生了相同的变化。状态发生了相同的变化。加热加热加热加热 因为功是能量传递的一种形式，是因为功是能量传递的一种形式，是因为功是能量传递的一种形式，是因为功是能量传递的一种形式，
16、是系统能量变化的一种量度。系统能量变化的一种量度。系统能量变化的一种量度。系统能量变化的一种量度。所以热量也是能量传递的一种形所以热量也是能量传递的一种形所以热量也是能量传递的一种形所以热量也是能量传递的一种形式，是系统能量变化的一种量度。式，是系统能量变化的一种量度。式，是系统能量变化的一种量度。式，是系统能量变化的一种量度。功和热量可以用相同的单位：焦耳功和热量可以用相同的单位：焦耳功和热量可以用相同的单位：焦耳功和热量可以用相同的单位：焦耳（J J）。）。）。）。传热传热传热传热作功作功作功作功等效等效等效等效再如：焦耳实验再如：焦耳实验再如：焦耳实验再如：焦耳实验搅拌作功搅拌作功搅拌作
17、功搅拌作功焦耳实验焦耳实验焦耳实验焦耳实验mm第9页，共60页，编辑于2022年，星期一1 1 1 1、作功、作功、作功、作功P PV Vd dV V结论：结论：结论：结论：体积分与路径有关，是一过程量，其值等于体积分与路径有关，是一过程量，其值等于体积分与路径有关，是一过程量，其值等于体积分与路径有关，是一过程量，其值等于P P P P(v)(v)(v)(v)曲线与曲线与曲线与曲线与V V V V轴包围轴包围轴包围轴包围的面积的面积的面积的面积（即过程曲线下的面积）。（即过程曲线下的面积）。（即过程曲线下的面积）。（即过程曲线下的面积）。热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。
18、功热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。功热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。功热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。功能量传递的一种方式能量传递的一种方式能量传递的一种方式能量传递的一种方式。对系统对系统对系统对系统作功作功作功作功是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。动与系统内分子的
19、无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。功的计算式：功的计算式：功的计算式：功的计算式：dxdx第10页，共60页，编辑于2022年，星期一2 2、传热、传热、传热、传热功与热量关系：功与热量关系：功与热量关系：功与热量关系：本质不同，但在改变系统内能方面是等效的本质不同，但在改变系统内能方面是等效的本质不同，但在改变系统内能方面是等效的本质不同，但在改变系统内能方面是等效的 向系统向系统向系统向系统传递热量传递热量传递热量传递热量是通过分子间的微观相互作用来完成的；是系统外是通过分子间的微观相互作用来完成的；是系统外是通过分子间的微
20、观相互作用来完成的；是系统外是通过分子间的微观相互作用来完成的；是系统外分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。是热运动能量的传递过程。是热运动能量的传递过程。是热运动能量的传递过程。是热运动能量的传递过程。注意：注意：注意：注意：（1 1）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；
21、）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；（2 2）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才 有意义。（内能才是状态量）有意义。（内能才是状态量）有意义。（内能才是状态量）有意义。（内能才是状态量）（3 3）功和热量虽然等效，但本质不同。）功和热量虽然等效，但本质不同。）功和热量虽然等效，但本质不同。）功和热量虽然等效，但本质不同。实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对系实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对
22、系实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对系实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对系统作的功统作的功统作的功统作的功W W 和对系统传递的热量和对系统传递的热量和对系统传递的热量和对系统传递的热量 Q Q 的总和是一定的，与过程无关。的总和是一定的，与过程无关。的总和是一定的，与过程无关。的总和是一定的，与过程无关。即：即：即：即：E E=W W +Q Q第11页，共60页，编辑于2022年，星期一内能内能内能内能 E E 是状态量，只与始、末态有关，是状态量，只与始、末态有关，是状态量，只与始、末态有关，是状态量，只与始、末态有关，Q Q、W W 是过程量。是过程量。是
23、过程量。是过程量。热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的增量系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的增量系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的增量系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的增量及系统对外界作功的总和。及系统对外界作功的总和。及系统对外界作功的总和。及系统对外界作功的总和。（有限过程）（有限过程）（有限过程）（有限过程）（微小过程）（微小过程）（微小过程）（微小过程）热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。热力学第一
24、定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。第一类第一类第一类第一类永动机：永动机：永动机：永动机：E E E E2 2 2 2-E E E E1 1 1 1=0=0=0=0（循环）循环）循环）循环）W W Q Q (或或或或Q Q=0)=0)=0)=0)77772 2 2 2 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律第12页，共60页
25、，编辑于2022年，星期一关于热力学第一定律应注意：关于热力学第一定律应注意：关于热力学第一定律应注意：关于热力学第一定律应注意：（1 1）（）（）（）（E E2 2-E E1 1）、）、）、）、WW、Q Q 应取相同的单位；应取相同的单位；应取相同的单位；应取相同的单位；（2 2）式中各量可正可负，）式中各量可正可负，）式中各量可正可负，）式中各量可正可负，规定：系统从外界吸热时，规定：系统从外界吸热时，规定：系统从外界吸热时，规定：系统从外界吸热时，Q Q 为正，为正，为正，为正，放热时，放热时，放热时，放热时，Q Q 为负。为负。为负。为负。系统对外界作功时，系统对外界作功时，系统对外界
26、作功时，系统对外界作功时，W W 为正，为正，为正，为正，外界对系统作功时，外界对系统作功时，外界对系统作功时，外界对系统作功时，W W 为负。为负。为负。为负。系统内能增加时，系统内能增加时，系统内能增加时，系统内能增加时，E E 为正，为正，为正，为正，减小时，减小时，减小时，减小时，E E 为负。为负。为负。为负。（3 3）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热力学系统）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热力学系统）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热力学系统）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热力学系统来完成的。来完成的。来完成的。来完成的
27、。第13页，共60页，编辑于2022年，星期一一、热力学过程一、热力学过程一、热力学过程一、热力学过程 （系统状态随时间改变）（系统状态随时间改变）（系统状态随时间改变）（系统状态随时间改变）分类：分类：分类：分类：（1 1）按系统与外界的关系分类；）按系统与外界的关系分类；）按系统与外界的关系分类；）按系统与外界的关系分类；自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡 平衡平衡平衡平衡 非自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非平衡非自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非
28、平衡非自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非平衡非自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非平衡 平衡平衡平衡平衡 或由平衡或由平衡或由平衡或由平衡 非平衡非平衡非平衡非平衡 外界作用外界作用外界作用外界作用30 30 c c50 50 C C水温度降低的过程水温度降低的过程水温度降低的过程水温度降低的过程 ：选择选择选择选择 水研究：水研究：水研究：水研究：自发过程。自发过程。自发过程。自发过程。选择选择选择选择 水水水水+空气研究：非自发过程。空气研究：非自发过程。空气研究：非自发过程。空气研究：非自发过程。过程自发与否与研究对象有关。过程自发与否与研究对象有关。过程自发与否与研究对象有关。过
29、程自发与否与研究对象有关。77773 3 3 3、4 4 4 4 热力学第一定律对理想气体等容、等压热力学第一定律对理想气体等容、等压热力学第一定律对理想气体等容、等压热力学第一定律对理想气体等容、等压和等温过程的应用和等温过程的应用和等温过程的应用和等温过程的应用 气体的热容气体的热容气体的热容气体的热容第14页，共60页，编辑于2022年，星期一（2 2）按过程的特征分类：）按过程的特征分类：）按过程的特征分类：）按过程的特征分类：d dV V=0 =0 等容过程等容过程等容过程等容过程 d dP P =0 =0 等压过程等压过程等压过程等压过程 d dT T =0 =0 等温过程等温过程
30、等温过程等温过程 Q Q =0 =0 绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程 初态初态初态初态=末态末态末态末态 循环过程循环过程循环过程循环过程 不具备这几个特征的不具备这几个特征的不具备这几个特征的不具备这几个特征的过程属一般过程。过程属一般过程。过程属一般过程。过程属一般过程。（3 3）按过程所经历的中间状态的性质分类：）按过程所经历的中间状态的性质分类：）按过程所经历的中间状态的性质分类：）按过程所经历的中间状态的性质分类：平衡过程平衡过程平衡过程平衡过程（准静态过程）：（准静态过程）：（准静态过程）：（准静态过程）：系统所经历的中间状态都无限接近平衡态（过系统所经历的中间状态都无限接近平衡
31、态（过系统所经历的中间状态都无限接近平衡态（过系统所经历的中间状态都无限接近平衡态（过 程进行得无限缓慢）。程进行得无限缓慢）。程进行得无限缓慢）。程进行得无限缓慢）。非平衡过程非平衡过程非平衡过程非平衡过程（非静态过程）：（非静态过程）：（非静态过程）：（非静态过程）：系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡 态（过程进行得快）。态（过程进行得快）。态（过程进行得快）。态（过程进行得快）。第15页，共60页，编辑于2022年，星期一 过程进行得快慢是相对的。过程进行
32、得快慢是相对的。过程进行得快慢是相对的。过程进行得快慢是相对的。弛豫时间弛豫时间弛豫时间弛豫时间 ：系统由非平衡态恢复到平衡态所需要的时间。：系统由非平衡态恢复到平衡态所需要的时间。：系统由非平衡态恢复到平衡态所需要的时间。：系统由非平衡态恢复到平衡态所需要的时间。非平衡态可有：密度、压力、温度等不均匀。非平衡态可有：密度、压力、温度等不均匀。非平衡态可有：密度、压力、温度等不均匀。非平衡态可有：密度、压力、温度等不均匀。由于密度不均匀，由于密度不均匀，由于密度不均匀，由于密度不均匀，可以很长。如香水、铅的扩散可是几分可以很长。如香水、铅的扩散可是几分可以很长。如香水、铅的扩散可是几分可以很长
33、。如香水、铅的扩散可是几分钟或几年。钟或几年。钟或几年。钟或几年。由于压力不均匀，由于压力不均匀，由于压力不均匀，由于压力不均匀，可以很短。约可以很短。约可以很短。约可以很短。约 十十十十 十几秒。十几秒。十几秒。十几秒。若过程进行的时间若过程进行的时间若过程进行的时间若过程进行的时间 t t ,则称为过程进行得无限缓慢则称为过程进行得无限缓慢则称为过程进行得无限缓慢则称为过程进行得无限缓慢.若过程进行的时间若过程进行的时间若过程进行的时间若过程进行的时间 t t 0)0)0)0)：热机循环。利用工作物质连续不断地把热热机循环。利用工作物质连续不断地把热热机循环。利用工作物质连续不断地把热热机
34、循环。利用工作物质连续不断地把热转换为功。转换为功。转换为功。转换为功。p pV VO O O Oa a a ab b b bQ Q 1 1 1 1 Q Q 2 2 2 2循环效率循环效率循环效率循环效率：净热净热净热净热=净功净功净功净功=循环面积循环面积循环面积循环面积净热净热净热净热 Q Q净净净净=Q Q1 1-Q Q2 2=WW净净净净77776 6 6 6 循环过程、卡诺循环、热机的效率循环过程、卡诺循环、热机的效率循环过程、卡诺循环、热机的效率循环过程、卡诺循环、热机的效率 第33页，共60页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2。逆循环。逆循环。逆循环。逆循环(W W 0)0
35、)0)W W 1 1 ，Q Q1 1 0 0，此过程吸热，气体做负功。此过程吸热，气体做负功。此过程吸热，气体做负功。此过程吸热，气体做负功。T Ta a T Tb b1 1a ab b2 2c cd de epV第39页，共60页，编辑于2022年，星期一对对对对 b b2 2a a 过程过程过程过程W W 2 2为为为为 b b2 2a a 过过过过程程程程外外外外界界界界对对对对气气气气体体体体做做做做的的的的功功功功，大大大大小小小小为为为为曲曲曲曲边边边边梯梯梯梯形形形形 b b2 2ade ade 面面面面积积积积。因因因因为为为为 W W 2 2 W W ，Q Q2 20 0 0
36、，acb acb 为为为为绝绝绝绝热热热热过过过过程程程程，只只只只有有有有 b b1 1a a 过过过过程程程程与与与与外外外外界界界界有有有有热热热热交交交交换，所以换，所以换，所以换，所以 b b1 1a a 为吸热过程。又因为此过程体积减少，做负功。为吸热过程。又因为此过程体积减少，做负功。为吸热过程。又因为此过程体积减少，做负功。为吸热过程。又因为此过程体积减少，做负功。把把把把 acbacb2 2a a 看看看看做做做做一一一一部部部部制制制制冷冷冷冷机机机机的的的的逆逆逆逆循循循循环环环环过过过过程程程程。整整整整个个个个循循循循环环环环过过过过程程程程有有有有Q Q=W W 0
37、 0，而而而而 acb acb 为为为为绝绝绝绝热热热热过过过过程程程程，只只只只有有有有 b b2 2a a 过过过过程程程程与与与与外外外外界界界界有有有有热热热热交交交交换换换换，所所所所以以以以 b b2 2a a 为为为为放放放放热过程。又因为此过程体积减少，做负功。热过程。又因为此过程体积减少，做负功。热过程。又因为此过程体积减少，做负功。热过程。又因为此过程体积减少，做负功。1 1a ab b2 2c cd de e第40页，共60页，编辑于2022年，星期一7.4 7.4 如图所示，一定量理想气体的一循环过程由如图所示，一定量理想气体的一循环过程由如图所示，一定量理想气体的一循
38、环过程由如图所示，一定量理想气体的一循环过程由T T V V 图给出。其中图给出。其中图给出。其中图给出。其中C CA A 为为为为绝热过程，状态绝热过程，状态绝热过程，状态绝热过程，状态A A（T T1 1，V V1 1）、）、）、）、状态状态状态状态B B（T T2 2，V V2 2）为已知。问（为已知。问（为已知。问（为已知。问（1 1）在）在）在）在 A AB B、B BC C 两过程中，工质是吸热还是放热？（两过程中，工质是吸热还是放热？（两过程中，工质是吸热还是放热？（两过程中，工质是吸热还是放热？（2 2）求状态）求状态）求状态）求状态C C 的的的的P P、V V、T T 值（
39、设气体的值（设气体的值（设气体的值（设气体的 和摩尔数已知）；（和摩尔数已知）；（和摩尔数已知）；（和摩尔数已知）；（3 3）这个循环是不是卡诺循环）这个循环是不是卡诺循环）这个循环是不是卡诺循环）这个循环是不是卡诺循环？在？在？在？在 T T-V V 图上卡诺循环应如何表示？（图上卡诺循环应如何表示？（图上卡诺循环应如何表示？（图上卡诺循环应如何表示？（4 4）求这个循环的效率。）求这个循环的效率。）求这个循环的效率。）求这个循环的效率。B BC C 为等容过程，有为等容过程，有为等容过程，有为等容过程，有解：（解：（解：（解：（1 1）AB AB 是等温膨胀过程，工质吸热；是等温膨胀过程，
40、工质吸热；是等温膨胀过程，工质吸热；是等温膨胀过程，工质吸热；BC BC 为等体降温过程，工质为等体降温过程，工质为等体降温过程，工质为等体降温过程，工质放热。放热。放热。放热。（2 2）设）设）设）设C C 的状态参量为的状态参量为的状态参量为的状态参量为 P P3 3、V V3 3 和和和和T T3 3。由题意：由题意：由题意：由题意：T T1 1=T T2 2，V V2 2=V V3 3。C CA A 为绝热过程为绝热过程为绝热过程为绝热过程第41页，共60页，编辑于2022年，星期一（3 3）这这这这个个个个循循循循环环环环不不不不是是是是卡卡卡卡诺诺诺诺循循循循环环环环。卡卡卡卡诺诺
41、诺诺循循循循环环环环是是是是两两两两个个个个等等等等温温温温过过过过程程程程和和和和两两两两个个个个绝热过程所构成的循环，在绝热过程所构成的循环，在绝热过程所构成的循环，在绝热过程所构成的循环，在 T T V V 图上表示为下图。图上表示为下图。图上表示为下图。图上表示为下图。（4 4）由图知）由图知）由图知）由图知 A AB B 是吸热过程，吸收热量为是吸热过程，吸收热量为是吸热过程，吸收热量为是吸热过程，吸收热量为B BC C是放热过程，放出的热量为是放热过程，放出的热量为是放热过程，放出的热量为是放热过程，放出的热量为此循环效率为此循环效率为此循环效率为此循环效率为第42页，共60页，编
42、辑于2022年，星期一只要满足能量守恒的过程就一定能实现吗？只要满足能量守恒的过程就一定能实现吗？只要满足能量守恒的过程就一定能实现吗？只要满足能量守恒的过程就一定能实现吗？通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的，或热不能自动转化为通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的，或热不能自动转化为通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的，或热不能自动转化为通过摩擦而使功变热的过程是不可逆的，或热不能自动转化为功；唯一效果是热全部变成功的过程是不可逆的。功；唯一效果是热全部变成功的过程是不可逆的。功；唯一效果是热全部变成功的过程是不可逆的。功；唯一效果是热全部变成功的过程是不可逆的。功热转换过程具有方向性。功热转换过
43、程具有方向性。功热转换过程具有方向性。功热转换过程具有方向性。如：功热转换如：功热转换如：功热转换如：功热转换不一定不一定不一定不一定77777 7 7 7 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律 mm第43页，共60页，编辑于2022年，星期一（1 1 1 1）开尔文叙述）开尔文叙述）开尔文叙述）开尔文叙述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，不可能制造出这样一种循环工作的热机，不可能制造出这样一种循环工作的热机，不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响。它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响。它只从单一热源吸收热对外作功而不产
44、生其它影响。它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响。（2 2 2 2）克劳修斯叙述）克劳修斯叙述）克劳修斯叙述）克劳修斯叙述：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起：不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化。外界的变化。外界的变化。外界的变化。热力学第二定律：热力学第二定律：热力学第二定律：热力学第二定律：Q Q1 1Q Q2 2WW高温热库高温热库高温热库高温热库T T1 1低温热库低温热库低温热库低温热库T T2 2工质工质工质工质Q Q1 1Q Q2 2WW高温热库高温热库高温热库高温热
45、库T T1 1低温热库低温热库低温热库低温热库T T2 2工质工质工质工质第44页，共60页，编辑于2022年，星期一热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提出的。对热机，不可能把吸收的热量全部用来对外作功；对制冷机，若无外界作，不可能把吸收的热量全部用来对外作功；对制冷机，若无外界作，不可能把吸收的热量全部用来对外作功；对制冷机，若无外界作，不可能把吸收的热量全部用来对外作功；对制冷机，若无外界作功，热量不可能从低温物体传到高温物
46、体。热力学第二定律的两种功，热量不可能从低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种功，热量不可能从低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种功，热量不可能从低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。热力学第二定律的两种表述形式是等效的，若其中一种说法成热力学第二定律的两种表述形式是等效的，若其中一种说法成热力学第二定律的两种表述形式是等效的，若其中一种说法成热力学第二定律的两种表述形式是等效的，若其中一种说法成立，则另一种说法也成立；反
47、之亦然。立，则另一种说法也成立；反之亦然。立，则另一种说法也成立；反之亦然。立，则另一种说法也成立；反之亦然。热力学第二定律不是推出来的，而是从大量客观实践中总热力学第二定律不是推出来的，而是从大量客观实践中总热力学第二定律不是推出来的，而是从大量客观实践中总热力学第二定律不是推出来的，而是从大量客观实践中总结出来的规律，其正确性在于由它推出的结论都与事实相符。结出来的规律，其正确性在于由它推出的结论都与事实相符。结出来的规律，其正确性在于由它推出的结论都与事实相符。结出来的规律，其正确性在于由它推出的结论都与事实相符。如果从单一热源吸热可以全部变功而不引起其它变化（这如果从单一热源吸热可以全
48、部变功而不引起其它变化（这如果从单一热源吸热可以全部变功而不引起其它变化（这如果从单一热源吸热可以全部变功而不引起其它变化（这并不违反热力学第一定律），则将有取之不尽、用之不竭的能源。并不违反热力学第一定律），则将有取之不尽、用之不竭的能源。并不违反热力学第一定律），则将有取之不尽、用之不竭的能源。并不违反热力学第一定律），则将有取之不尽、用之不竭的能源。（第二种永动机（第二种永动机（第二种永动机（第二种永动机 =1=1），这是不可能的。），这是不可能的。），这是不可能的。），这是不可能的。热力学第二定律表明：热力学第二定律表明：热力学第二定律表明：热力学第二定律表明：第二种永动机是造不出来的
49、。第二种永动机是造不出来的。第二种永动机是造不出来的。第二种永动机是造不出来的。第45页，共60页，编辑于2022年，星期一用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的等效性 假如（假如（假如（假如（1 1）不成立则（）不成立则（）不成立则（）不成立则（2 2）也不成立）也不成立）也不成立）也不成立 （2 2）不成立则（）不成立则（）不成立则（）不成立则（1 1）也不成立）也不成立）也不成立）也不成立证明：证明：证明：证明：QQ1 1QQ2 2WW高温热库高温热库高温热库高温热库T T1 1低温热库低温热库低温热库低温热库T T2
50、2工质工质工质工质QQ1 1QQ2 2+高温热库高温热库高温热库高温热库T T1 1低温热库低温热库低温热库低温热库T T2 2QQ2 2（1 1）不成立，可以由单一热源）不成立，可以由单一热源）不成立，可以由单一热源）不成立，可以由单一热源吸热完全变功。吸热完全变功。吸热完全变功。吸热完全变功。（2 2）也不成立，热）也不成立，热）也不成立，热）也不成立，热可以自动由低温传可以自动由低温传可以自动由低温传可以自动由低温传入高温入高温入高温入高温第46页，共60页，编辑于2022年，星期一用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的等效性用反证法证明两种说法的