大学物理 少学时 第3版 教学课件 作者 张宇 第06章 热力学基础02.ppt

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1、第六章热力学基础6.1热力学过程6.2热力学第一定律及其应用6.3循环过程6.4热力学第二定律6.5熵熵增加原理6.6能斯特定理与负温度1§6.3循环过程一、循环过程系统由一状态出发，经过一系列中间过程又回到原来状态的过程，叫做循环过程，简称循环。由热力学第一定律净功特征AB总吸热总放热（取绝对值）***本节运算中，放热的结果均取其绝对值。2（A代数和）（Q代数和）（A代数和）（Q代数和）Q吸正循环A>0pV0Q放逆循环A<0pV0循环过程的分类——正循环和逆循环热机工作过程制冷机工作过程正循环：顺时针方向进行逆循环：逆时针方向进行3热机发展简介：1698年萨维利和1705年纽可门

2、先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低。1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率。人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展。各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机热机——能够不断地把热能转变为机械能的装置。工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质。4热机二、热机的循环效率热机效率高温热源低温热源热机（正循环）AB5致冷机致冷系数致冷机（逆循环）AB致冷机的致冷系数致冷机高温热源低温热源6例11mol氦气经过如图所示的循环过程，其中,。求各过程吸收的热量及该循环的效率。解：1423

3、由理想气体状态方程得714238卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成的循环过程。三、卡诺循环及其效率高温热源卡诺热机低温热源AABCD1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环。给出了热机效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理。9理想气体卡诺循环热机的效率A→B等温膨胀B→C绝热膨胀C→D等温压缩D→A绝热压缩卡诺循环A—B等温膨胀吸热WABCDC—D等温压缩放热10AABCD由循环效率公式，有D—A绝热膨胀过程:B—C绝热膨胀过程:(A)式除以(B)式，有则卡诺热机效率为：——卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关

4、，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高。11图中两卡诺循环吗？讨论12第六章热力学基础6.1热力学过程6.2热力学第一定律及其应用6.3循环过程6.4热力学第二定律6.5熵熵增加原理6.6能斯特定理与负温度13功热可以自然地进行(如焦耳实验)热功能否自然地进行？（如焦耳实验的逆过程）功热转换：功可以全部转换为热，而热不可能全部转换为功。热传导：热量可以自动从高温热源传到低温热源，但是热量却不能自动地从低温热源传到高温热源。§6.4热力学第二定律——主要讨论热力学过程自动进行的方向问题。一.热力学过程的方向性14“一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，都存在一定的方向性---

5、---------→存在着时间箭头”生命过程就是不可逆的:出生“今天的你我怎能重复昨天的故事!”童年少年青年中年老年……气体可以绝热自由膨胀，但是气体却不能绝热自由收缩。15二、热力学第二定律（1）开尔文表述——不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其它影响。（2）克劳修斯表述——热量不可能自动从低温热源传到高温热源而不产生其它影响。两种表述——克劳修斯（clausius，1850）开尔文（Kelvin，1851）16两种表述的等效性Q1-Q2T1Q2Q1W=Q1-Q2Q2Q2T2T1Q2Q1Q1+Q2W=Q1Q2T2否定克劳修斯表述必然否定开尔文表述否定

6、开尔文表述必然否定克劳修斯表述自然的宏观过程的不可逆性是相互依存的.17热力学第一定律说明在任何过程中能量必须守恒热力学第二定律说明并非所有能量守恒过程均能实现非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热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无序有序自发18热力学第二定律的微观本质一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。热力学第二定律是一条统计规律，描述了一切不可逆过程进行的方向性。191.可逆过程一个过程，使系统从状态A变为状态B，若存在另一过程，它不仅使系统进行反向变化，从状态B回复到状态A，而且当系统回复到状态A时

7、，周围一切也都恢复原状，则状态A进行到状态B的过程为可逆过程。可逆过程形成条件：准静态过程+无摩擦2.不可逆过程对于某一过程，不论经过怎样复杂曲折的方法都不能使系统和外界都复原，则此过程就是不可逆过程。实际的热力学过程都是不可逆的，自发过程具有确定的方向性。三、可逆与不可逆过程20四、卡诺定理（1）工作在两个恒温热源之间的一切热机，以可逆热机（即卡诺热机）的效率最高。热机的效率只与温度有关，与工作物质无关。（2）工作在两个恒温热源之间的不可逆热机的效率不大于可逆热机的