6.2熱力學應用型

§6.2熱力學第一定律準靜態過程：模型

熱力學系統（簡稱系統）：大量分子，研究對象T1+dT

T1+dT

T1

T1

T1

T1

T1+dT

T1+dT

T1+2dT

T1+2dT

T1+2dT

T1+2dT

T1+3dT

T1+3dT

T1+3dT

T1+3dT

T1+4dT

T1+4dT

T1+4dT

T1+4dT

T1+5dT

T1+5dT

T1+5dT

T1+5dT

T1+6dT

T1+6dT

T1+6dT

T1+6dT

T2-2dT

T2-2dT

T2-2dT

T2-2dT

T2-dT

T2-dT

T2-dT

T2-dT

T2-dT

T2-dT

T2

T2T1

T1

T1+dT

T1+dT

T1

+2dT

T1+2dT

T2–

dT

T2–dT

T2

T2

—溫度從T1升高到T2

：(無限緩慢熱傳導)熱力學過程：當熱力學系統的狀態隨時間變化時，我們就說系統在經歷一個熱力學過程，簡稱過程。6.2.1中學物理知識回顧與拓展作為準靜態過程中間狀態的平衡態，具有確定的狀態參量值。（1）過程曲線描述1.準靜態過程的描述準靜態過程是理想模型，作為熱力學的基礎，我們著重討論它。非靜態過程不能用狀態圖上的一條曲線來表示。（2）

方程描述例如：一杯80oC的熱水，向周圍溫度較低的空氣放出熱量，這是一個過程，而說這杯水具有多少熱量是錯的。熱量與溫度的區別熱量是系統熱力學能變化的一種量度，是過程量。溫度反映了物體冷熱程度，是分子平均平動動能的標志，是狀態量。熱的本質是傳遞的能量。該能量的多少就是熱量。2.

熱量熱量的計算方法c是比熱。C是摩爾熱容

摩爾熱容可定義成：等容摩爾熱容CV，表示在等容過程中，1mol氣體升高單位溫度吸收熱量。等壓摩爾熱容CP，表示在等壓過程中，1mol氣體升高單位溫度所吸收熱量。熱量熱量規定：系統吸熱：；系統放熱：1）理想氣體熱力學能:熱力學能：系統中所有分子不規則熱運動的能量與分子與分子之間相互作用的勢能的總和。熱力學能的改變只決定于系統初末兩個狀態，與所經歷的過程無關。熱力學能是“狀態量”。單原子分子氣體雙原子分子氣體多原子分子氣體3.準靜態過程中的熱力學能增量微小變化：2）熱力學能增量4.熱力學第一定律設一熱力學系統，初始時熱力學能為E1，如果系統吸熱，使系統熱力學能增加到E2，系統對外作功A。

在一般情況下，系統熱力學能的改變可能是作功與傳熱的共同結果。系統由能量守恒與轉換定律，有：即熱力學第一定律

微小過程：對準靜態過程：①注意熱力學能增量、功、熱量的正負規定。②熱—功轉換不是直接進行的，而是間接的，熱力學能是傳遞工具。外界對系統作功，使熱力學能增加，再通過熱力學能降低，系統放熱。系統吸熱后，先使熱力學能增加，再通過降低熱力學能對外作功。物理知識的理解③.熱力學第一定律實際上是能量守恒定律在熱力學中的體現。熱力學第一定律是從實驗中總結出來的。第一類永動機：即不從外界吸收能量，而不斷對外作功的機械。第一類永動機違反能量守恒定律。

熱力學第一定律對準靜態過程和非靜態過程均適用。但為便于實際計算，要求初終態為平衡態。例：要使一熱力學系統的內能增加，可以通過________或_________兩種方式，或者兩種方式兼用來完成。一物質系統從外界吸收一定的熱量，則系統的內能

．可能增加，也可能減少或保持不變體積變化從V1—V2，在整個過程中氣體作功為：元功只考慮無摩擦準靜態過程的功。6.2.2氣體作功的計算由積分意義可知，功的大小等于P—V圖上過程曲P=P(V)下的面積：也稱等體過程。系統的體積不變1）過程特點3）過程曲線2）過程方程等容過程體積不變，PV圖曲線下的面積為0，氣體作功為0。4）熱力學能增量5）功6）熱量1.等容過程6.2.3熱力學第一定律對理想氣體的應用多原子分子氣體內能增量又可寫成：此公式不僅適用于等容過程，對任何過程都適用。單原子分子氣體雙原子分子氣體等容摩爾熱容：7）熱力學第一定律的應用意義：等容過程系統吸熱全部轉變成內能。恒溫源絕熱材料熱量由熱力學第一定律2.等壓過程等壓摩爾熱容：邁耶公式多原子分子氣體單原子分子氣體雙原子分子氣體CP>CV

的物理意義:

1mol理想氣體溫度升高1oC，對于等容過程,體積不變吸熱只增加系統內能；而對于等壓過程除了增加系統內能外，還要對外作功，所吸收的熱量要更多一些。功由理想氣體狀態方程3.等溫過程由熱力學第一定律無法使用計算等溫過程的熱量。CT=?沒有意義。則意義：等溫過程系統吸熱全部用來對外作功。系統與外界絕熱。無熱量交換。絕熱材料系統對外作功全部靠內能提供。絕熱過程摩爾熱容為0。1.過程特點3.熱力學第一定律的應用2.內能增量絕熱過程§

6.3.絕熱過程在絕熱過程中，P、V、T三個參量同時改變。4.功定義摩爾熱容比由熱力學第一定律的微小過程公式準靜態絕熱過程5.過程方程有：（1）兩邊乘R有由理想氣體狀態方程（2）全微分（3）（3）-（1）式兩邊同除以PV積分（4）（5）（6）絕熱方程由

式與（4）消P：由

式與（4）消V：6.4循環過程卡諾循環6.4.1

循環過程熱力學系統經歷了一系列熱力學過程后又回到初始狀態的過程。pV(3)循環曲線所包圍的面積為系統做的凈功。(1)循環曲線為閉合曲線。

準靜循環過程的特點：(2)經過一個循環，內能不變;準靜態循環過程可用P-V圖上的一條閉合曲線表示，并用箭頭表示過程進行的方向。正循環：順時針；逆循環：逆時針。2.熱機的工作原理熱機從高溫熱源吸取熱量，一部分轉變成功，另一部分放到低溫熱源。高溫熱源T1低溫熱源T2通過循環過程不斷把熱轉換為功的機器。需要一定工作物質。需要兩個熱源。熱機是正循環工作的。3.熱機效率由能量守恒：Q吸一定，如果從高溫源吸取的熱量轉變成功越多，則熱機效率就越大。2.正向卡諾循環的效率為：卡諾循環是由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環。需要兩個熱源，高溫源T1和低溫源T2。不計摩擦、熱損失及漏氣，視為理想熱機。6.4.2卡諾循環1.卡諾循環的特點3-4等溫收縮過程放熱2-3與4-1為絕熱過程過程1-2等溫膨脹過程吸熱上兩式相比即2-3絕熱膨脹過程4-1絕熱收縮過程1)卡諾機必須有兩個熱源。熱機效率與工作物質無關，只與兩熱源溫度有關。例如：波音飛機不用價格較貴的高標號汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。物理知識的理解現在的技術還不能達到絕對0K；如果大于1，W>Q吸則違反了能量守恒定律。2)熱機效率不能大于1或等于1，只能小于1。如果為1則或這是不能實現的，因此熱機效率只能小于1！3)提高熱機效率的方法。使越小越好，但低溫熱源的溫度為外界大氣的溫度不宜人為地改變，只能提高高溫熱源溫度.4)同理，可以得到卡諾循環的逆循環的致冷系數為：例6.8奧托機是德國物理學家奧托發明的一種熱機，以其原理制造的發動機現仍在使用。奧托機的循環曲線是由兩條絕熱線和兩條等容線構成。證明奧托熱機的效率為絕熱線證明：2-3為等容吸熱過程4-1為等容放熱過程效率樓塌熵增熱力學第二定律（Secondlawofthermodynamics）6.5熱傳導過程；

例如：功熱轉換過程；

這些典型例子說明自然界的實際過程是按一定的方向進行的，相反方向的過程不能自動發生，或者說，如果可以發生，則必然引起其它后果。1.自然過程的方向性6.5.1中學物理知識回顧（1）自發過程的單向性是自然規律氣體的絕熱自由膨脹過程。（2）可逆過程與不可逆過程

一個系統，由一個狀態出發經過某一過程達到另一狀態，如果存在另一個過程，它能使系統和外界完全復原（即系統回到原來狀態，同時消除了原過程對外界引起的一切影響）則原來的過程稱為可逆過程；

反之，如果物體不能回復到原來狀態或當物體回復到原來狀態卻無法消除原過程對外界的影響，則原來的過程稱為不可逆過程。單擺運動：一個單擺，如果不受空氣阻力及其它摩擦力，當它離開某一位置后，經過一個周期又回到原來的位置而周圍一切都無變化。無摩擦和阻力的單擺運動是一個可逆過程。單純的無機械能耗散的機械運動過程都是可逆過程。在熱現象中，可逆過程只有在準靜態和無摩擦的條件下才有可能。無摩擦準靜態過程是可逆的。經驗和事實表明，自然界中真實存在的過程都是按一定方向進行的，都是不可逆的。物理知識的理解氣體的迅速膨脹過程是不可逆的。但是當氣體膨脹非常緩慢又沒有其它摩擦時，它卻是可逆的?？赡鎮鳠岬臈l件：系統和外界溫差無限小，即等溫熱傳導。2.熱力學第二定律不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產生其他影響。

功可以完全變熱，但要把熱完全變為功而不產生其它影響是不可能的。（1）開爾文表述（1851年）以熱機為例，熱機的循環除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產生了其它效果。開爾文表述否定了熱機效率能達百分這百的可能性高溫熱源T1=0第二類永動機（單熱機）不能制成。第二類永動機高溫熱源T1低溫熱源T2

與之相應的經驗事實：當兩個不同溫度物體相互接觸時，熱量將自動地由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發地由低溫物體傳到高溫物體。

如果借助制冷機，當然可以把熱量由低溫傳遞到高溫，但要以外界作功為代價，也就是引起了其它變化?？耸媳硎鲋该鳠醾鲗н^程是有方向的。（2）克勞修斯表述熱量不能自動地從低溫熱源傳到高溫熱源而不引起其它的變化。熱力學第二定律說明了自然界的實際過程是按一定的方向進行的，是不可逆的，相反方向的過程不能自動發生，或者說，如果可以發生，則必然引起其它后果。

開氏表述實質上在于說明功變