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1、10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版112四四 绝热过程绝热过程与外界无热量交换的过程与外界无热量交换的过程特征特征由热力学由热力学第一定律第一定律（绝热过程演示）（绝热过程演示）10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版2在绝热过程中，在绝热过程中，P、V、T三个参量同时改变。三个参量同时改变。若已知若已知 及及 ,求求A由由 可得可得10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版3 绝热过程方程的推导绝热过程方程的推导常量常量绝绝 热热 方方 程程C1C2C310-210-2热力学第一定
2、律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版412W绝热绝热膨胀膨胀12W绝热绝热压缩压缩 A A10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版5 绝热线和等温线比较绝热线和等温线比较绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率常量常量A10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版6 绝热线的斜率绝对值大于等温线的斜率绝热线的斜率绝对值大于等温线的斜率.等温等温过程曲线的斜率过程曲线的斜率常量常量ABC常量常量10-210-2热力学第一定律应用热力学第一定律应用物理学物理学第五版第五版7 绝热线的斜率比等温线陡绝热线的斜率比等温线陡.气
3、体从同一状态气体从同一状态A分别经绝热和等温过程膨胀分别经绝热和等温过程膨胀 V，A0ABC常量常量绝热过程绝热过程 E10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版25 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环WABCD10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版26A B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热C D 等温压缩放热等温压缩放热WABCD10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物
4、理学第五版第五版27所以所以AABCD D A 绝热过程绝热过程B C 绝热过程绝热过程 10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版284.卡诺热机效率卡诺热机效率卡诺热机效率与工作物质（工质）无关，卡诺热机效率与工作物质（工质）无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高越大，则卡诺循环的效率越高.1.由两条等温线和两条绝热线组成的循环。由两条等温线和两条绝热线组成的循环。2.需要两个热源，高温源需要两个热源，高温源T1和低温源和低温源T2。3.不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。不计摩擦、热损失及
5、漏气，视为理想热机。卡诺热机小结卡诺热机小结10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版29AABCD高温热源高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数系数低温热源低温热源T210-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版30 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗？讨讨 论论10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版31 例例2 一电冰箱放在室温为一电冰箱放在室温为 的房的房 间里间里，冰箱储藏柜中的温度维持在，冰箱储藏柜中的温度维持在
6、 .现每天有现每天有 的热量自房间传入冰箱的热量自房间传入冰箱 内内 ,若要维持冰箱内温度不变若要维持冰箱内温度不变,外界每天外界每天 需作多少功需作多少功,其功率为多少？设在其功率为多少？设在 至至 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的致冷机致冷系数的 55%.已知已知10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版32由由 得得解解保持冰箱在保持冰箱在 至至 之间运转，每天之间运转，每天需作功需作功 功率功率即一昼夜耗电约即一昼夜耗电约0.6度度10-310-3循环过程循环过程 卡洛循环卡洛循环物理学物理学第五版第五版33例
7、例2.一定量的理想气体，分别一定量的理想气体，分别经历经历 a b c、d e f 过程。这过程。这两过程是吸热还是放热？两过程是吸热还是放热？def：abc：等温等温绝热绝热11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版34第第1111章章热力学第二定律热力学第二定律11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版35 第二定律的提出第二定律的提出那么热机的效率能否达到那么热机的效率能否达到100%？无数实验证明：效率为无数实验证明：效率为100%的、循环动作的、循环动作 的热机也是不可能制成的。的热机也是不可能制成的。第一定律说明第一类永动机是不可
8、能的第一定律说明第一类永动机是不可能的 Q=E+A（100%）11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版36什么规律？什么规律？热机吸收的热量不能全部转换为功热机吸收的热量不能全部转换为功不违背第一定律却又不能实现不违背第一定律却又不能实现自然界是还存在着其它的定律和规律自然界是还存在着其它的定律和规律热机效率不能等于热机效率不能等于100%100%11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版37 1 开尔文说法开尔文说法 其唯一效果是热转变为功的过程是不其唯一效果是热转变为功的过程是不可能的。可能的。一一 热力学第二定律的两种表述热力学第二定
9、律的两种表述 功可以完全变热，但要把热完全变为功功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其它影响是不可能的。而不产生其它影响是不可能的。“唯一效果唯一效果”指外界和系统都恢复原状。指外界和系统都恢复原状。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版38 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，单一热源吸热作功，而而不不放出热量给其它物体，放出热量给其它物体，但系统发生了变化但系统发生了变化.12A A11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版39低温热源低温热源高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机WABCD 以热机为例，热机的循环除了热
10、变功外，以热机为例，热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热源，即产生了其它效果。否定了热机效率能达百分这百的可能性否定了热机效率能达百分这百的可能性11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版40（1 1）若不是若不是“循环动作循环动作”的热机，只从一的热机，只从一个热源吸热，使之完全变为有用的功而不放个热源吸热，使之完全变为有用的功而不放热，是可以办到的。热，是可以办到的。（2 2）只从一个热源吸取热量，并将全部热只从一个热源吸取热量，并将全部热量变为功的循环动作的热机，称为第二类永量
11、变为功的循环动作的热机，称为第二类永动机。动机。第二类永动机是不可能制成的！第二类永动机是不可能制成的！注意注意:有人计算过：从单一热源有人计算过：从单一热源“海水海水”中吸热，中吸热，海水的温度只要降低海水的温度只要降低0.01度度,所作的功就可供所作的功就可供全世界的工厂用全世界的工厂用1000多年多年!11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版41 2 克劳修斯说法克劳修斯说法 热量不能热量不能自动自动从从低温物体传到高温物体低温物体传到高温物体.(2)“自动地自动地”几个字几个字.(1)表述指明热传导过程是有方向的。表述指明热传导过程是有方向的。经验：热量自动
12、地由高温物体向低温物体传递，经验：热量自动地由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。而不可能自发地由低温物体传到高温物体。唯一效果唯一效果 虽然致冷机能把热量从低温物体移至高虽然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温物体，但需外界作功且使环境发生变化.11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版42开氏描述和克氏描述实际上是等价的。开氏描述和克氏描述实际上是等价的。总总的的结结果果是是，来来自自高高温温热热源源的的热热量量Q1-Q2全全部部转转变变成成为为对对外外所所作作的的功功|A|，而而未未引引起起其其它它变化变
13、化。开氏描述不成立。开氏描述不成立。假定：克氏描述不成立。假定：克氏描述不成立。在在T1和和T2之间设计一卡诺热机。之间设计一卡诺热机。T1高温热源T2低温热源Q2Q2Q1Q2A T1T2Q1-Q2A11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版假定：开氏描述不成立假定：开氏描述不成立Q2T1高温热源高温热源T2低温热源低温热源Q1A热机热机T1高温热源高温热源T2低温热源低温热源Q2Q2制冷机制冷机在在T1和和T2之间再设计一制冷机。之间再设计一制冷机。结果是：结果是：克氏描述不成立克氏描述不成立A+Q2=Q1+Q211-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理
14、学第五版第五版44热一律说明热一律说明:任何过程必须能量守恒。任何过程必须能量守恒。热二律说明热二律说明:并非所有的能量守恒过程都能并非所有的能量守恒过程都能自发实现。自发实现。表面上表面上 无关系无关系,实质上为什么是等价的？实质上为什么是等价的？问题问题 热二律为什么有两种（实际是无数种）热二律为什么有两种（实际是无数种）表述？表述？热二律到底是什么含义？有没有一个统一的热二律到底是什么含义？有没有一个统一的描述描述？11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版45 可逆过程可逆过程:在某过程在某过程 AB 中系统中系统由由A态态 B态。如能使系统由态。如能使系统由
15、 B态态 回到回到A 态，周围一切也各自恢复态，周围一切也各自恢复原状，那么原状，那么AB过程称为可逆过程。过程称为可逆过程。二二 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程 PVBA不可逆过程不可逆过程：若系统恢复不了原态，若系统恢复不了原态，AB就就是不可逆的。若系统恢复了原态却引起了是不可逆的。若系统恢复了原态却引起了外界的变化外界的变化AB也是不可逆的。也是不可逆的。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版46单摆运动：单摆运动：一个单摆，如果不受空气阻力及其一个单摆，如果不受空气阻力及其它摩擦力，当它离开某一位置后，经过一个周它摩擦力，当它离开某一位置后，经
16、过一个周期又回到原来的位置而周围一切都无变化。期又回到原来的位置而周围一切都无变化。无摩擦和阻力的单摆运动是一个可逆过程。无摩擦和阻力的单摆运动是一个可逆过程。单纯的无机械能耗散的机械运动过程都是可单纯的无机械能耗散的机械运动过程都是可逆过程。逆过程。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版47（1）功变热的过程功变热的过程A Q1功变热的过程是不可逆的！功变热的过程是不可逆的！结论结论开尔文说法开尔文说法 其唯一效果是热转变为功的过程是不其唯一效果是热转变为功的过程是不可能的。可能的。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版48（2）热
17、量从高温物体传到低温物体的过程热量从高温物体传到低温物体的过程热量从高温物体传到低温物体热量从高温物体传到低温物体的过程是不可逆的！的过程是不可逆的！结论结论 虽然致冷机能虽然致冷机能把热量从低温物体把热量从低温物体移至高温物体，但移至高温物体，但需外界作功需外界作功A，向外，向外界放出界放出Q1热量，引热量，引起了环境变化。起了环境变化。高温热源高温热源低温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版49气体的自由膨胀的过程是不可逆的！气体的自由膨胀的过程是不可逆的！（3）气体的自由膨胀过程气体的自由膨胀过程气体的迅速膨胀过程是不可逆的
18、！气体的迅速膨胀过程是不可逆的！非准静态过程都是不可逆的！非准静态过程都是不可逆的！一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的准静态过程是可逆的！准静态过程是可逆的！A11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版50 原来，开尔文和克劳修司是分别选用了两个不原来，开尔文和克劳修司是分别选用了两个不可逆过程可逆过程（功变热、热从高温物体传向低温物体）（功变热、热从高温物体传向低温物体）来表示同一物理实质：来表示同一物理实质：“一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的”！热二律热二律 表现
19、了过程进行的方向和限度。表现了过程进行的方向和限度。自然界一切与热现象有关的实际宏自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的观过程都是不可逆的.热力学第二定律的热力学第二定律的实质实质不可逆性的相互依存不可逆性的相互依存11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版51 准静态过程（无限缓慢的过程），且准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功的过无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功的过程程.可逆过程的条件可逆过程的条件 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以绝不能真正达到。因为
20、，实际过程都是以有限的速度进行，且在其中包含摩擦，粘有限的速度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版52 (1)在在相同相同高温热源和低温热源之间工高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的作的任意工作物质的可逆机可逆机都具有都具有相同相同的的效率效率.三三 卡诺定理卡诺定理 (2)工作在工作在相同相同的高温热源和低温热的高温热源和低温热源之间的一切源之间的一切不不可逆机的效率都可逆机的效率都不可能不可能大大于可逆机的效率于可逆机的效率.11-111-1热力学第二定律
21、热力学第二定律物理学物理学第五版第五版53以卡诺机为例，有以卡诺机为例，有(不可逆不可逆机机)(可逆可逆机机)11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版 容器容器A充满气体，容器充满气体，容器B为真空。为真空。AB相连相连处用一活门处用一活门C隔开，将活门打开后，气体将自由隔开，将活门打开后，气体将自由膨胀并充满膨胀并充满 A和和B。求膨胀前后气体温度的变化。求膨胀前后气体温度的变化。例：例：绝热自由膨胀绝热自由膨胀气体气体真空真空ABC绝热自由膨胀绝热自由膨胀11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版Q=0 W=0 E=0 即即 E(T)=恒量恒量即即 气体绝热自由膨胀过程是一个等内能过程。气体绝热自由膨胀过程是一个等内能过程。该过程是一该过程是一非静态绝热过程非静态绝热过程。这也不是一个等温过程，因为系统每一时刻这也不是一个等温过程，因为系统每一时刻并不处于平衡状态，不可能用一个温度来描并不处于平衡状态，不可能用一个温度来描述它的状态。述它的状态。11-111-1热力学第二定律热力学第二定律物理学物理学第五版第五版OPVV1 V2(dp)T绝热线绝热线等温线等温线微观解释微观解释(气体分子运动论）气体分子运动论）作业：作业：4-94-9