大学物理_卡诺循环热力学第二定律.ppt

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1、3.3循环过程与卡诺循环一.循环过程1.基本概念定义：如果一系统从某一状态出发，经过任意的一系列过程，最后又回到原来的状态，则称此一系列过程为循环过程。做循环的物质叫工作物质（工质）利用工作物质连续不断地把热转换为功的装置叫热机2.准静态循环过程（1）p—V图上为闭合曲线，经历循环，ΔU=0。（2）至少要与两个热源接触。（3）若A＞0，正循环，p—V图上为顺时针方向；若A＜0，逆循环，p—V图上为逆时针方向；做逆循环有制冷机、热泵。3.循环效率：设热机的工作物质经历一个正循环对外作的净功为A，吸收外界的总热量为Q1，对外放出的

2、总热量为Q2。二.卡诺热机1.工作物质：理想气体，仅与两个热源接触。2.循环过程：两个等温，两个绝热。3.热机没有散热、漏气、摩擦等耗散。(NicolasLeonardSadiCarnot，1796～1823)法国物理学家，军事工程师。1796年6月1日生于巴黎。1812年考入巴黎工艺学院，从师于泊松、盖·吕萨克、安培等人，1814年以优异成绩毕业。卡诺出色地运用了理想模型的研究方法，以他富于创造性的想象力，精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机(卡诺热机)，提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理，从理论上解决了

3、提高热机效率的根本途径。若为制冷机，（卡诺逆循环）则有：3.4致冷机热泵应用分析致冷机：做逆循环工作的机器目的是让工质从低温物体处吸热，使低温物体温度更低。热泵：工质也是做逆循环，目的是让工质向高温物体处放热，使高温物体温度更高。7.5热力学第二定律一.热力学第二定律的两种表述1.开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其它影响。①单一热源：各部分温度均匀，并且恒定不变。②不产生其它影响：除吸热和做功，系统外界都无变化。例1理想气体等温膨胀∵T不变，ΔU=0、Q=A这与开尔文表述矛盾吗？2.克劳修斯表

4、述：不可能把热量从低温物体传到高温物而不产生其它影响。二.可逆过程与不可逆过程定义：一系统由某一状态出发，经过某一甲过程到达另一状态。如果存在另一乙过程，它能使系统和外界完全复原，则原来的甲过程称为可逆过程，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的甲过程称为不可逆过程。摩擦生热和自由膨胀：总结：一切与热现象有关的宏观实际现象都是不可逆的，可逆过程只存在于理想实验中。理想气体准静态等温过程：三.热力学第二定律的微观实质例：理想气体自由膨胀（自由扩散）AB宏观态ABABABABAB4031221304微观态abcdabc

5、bcdcdadabdabcabbccddaacbdcddaabbcbdacabcdbcdcdadababcabcdp1/164/166/164/161/16ABabcd微观态：分子的每一种可能分布的状态。宏观态：仅考虑分子个数，不考虑分子标号状态。过程进行方向：含微观态少的宏观态→含微观态多的宏观态不均匀→均匀。热力学概率W：某宏观态所含微观态数目。一个不受外界影响的孤立系统，其内部受发生过程总是由热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态进行。习题：p683.133.16