PDF《热力学基础》

1 1

1 2 ln ln ln V V p A pV vRT vRT Q V V p ? ? ? ? dQ pdV ? 吸收的热量全部用于对外做功 功的大 小为: 绝热过程 dQ dU pdV ? ? 第一定律 dQ=0

0 dU pdV ? ?

0 V C dT pdV ? ? 绝热 对理想气体, V dU C dT ? pV vRT ? pdV Vdp vRdT ? ?

0 V pdV Vdp C pdV vR ? ? ? ( )

0 V C pdV Vdp pvRdV ? ? ? ( )

0 V V C vR pdV C Vdp ? ? ?

0 p V C pdV C Vdp ? ?

0 p V dV dp C C V p ? ?

0 p V dV dp C C V p ? ? 绝热过程 ln ln V p C ? ? ? ? ln pV C ? ? dV dp V p ? ? ? '

pV C ? ?

1 V T C ? ? ?

1 p T C ? ? ? ? ? 同理可得, 为绝热过程物态方程 绝热线和等温线的区别 P V A P B V A V A T = C dQ =

0 等温过程曲线的斜率 '

PV C ?

0 PdV VdP ? ? dP P dV V ? ? 绝热过程曲线的斜率 PV C ? ?

1 0 P V dV V dP ? ? ? ? ? ? dP P dV V ? ? ?

2 ( 1) i i ? ? ? ? 第一类永动机 第二类永动机 第一类永动机:不遵循能量守恒定理. 可以 无中生有 ,创造出能量. 第二类永动机:遵循能量守恒定理. 把能量从一个地方搬到另一个地方. 例如:试图从单一热源吸热做功. 第二类永动机 麦克斯韦妖 不需要吃饭的麦克斯韦妖 单向弹簧 阀门 Feynman\Smoluchowski ratchet 工业棘轮 热力学第二定律 热力学第一定律 一切热力学过程都应满足能量守恒. 满足能量守恒的 过程是否一定都 能进行? 第二类永动机: 1) 从单一热源吸热,不向低温热源放热. 2) 将之全部转化为功. 3) 即效率为100%. 能否制成? 热力学第二定律 开尔文表述(1851年) ――功热转换过程的不可逆性 克劳修斯表述(1850年) ?第二类永动机( )不可制造. ――热传导过程的不可逆性

1 ? ? ? 零能耗致冷机不可制造 不可能从单一热源吸热使之完 全转化为功而不产生其它影响. 不可能使热量从低温物体传到 高温物体而不产生其它影响. 热力学第二定律 Q

1 T

2 T A Q ? 开尔文表述(1851年) 克劳修斯表述(1850年)

1 T

2 T Q 不可能 不可能 两种表述的等价性 开尔文表述 克劳修斯表述 假设克氏表述不成立,即:可以从低温热源吸热到高温而不产生其它影响.

2 1 Q Q W ? ?

1 Q

2 Q

1 T

2 T

2 Q

2 1 Q Q ?

1 T

2 T

2 1 Q Q W ? ? 与开氏表述矛盾. 两种表述的等价性 开尔文表述 克劳修斯表述 假设开氏表述不成立,即:可以从单一热源吸热将之全转化为功,而不产生其它影响.

2 1 Q Q ?

1 Q

2 Q

1 T

2 T

2 1 Q Q W ? ?

1 T

2 T

2 Q 与克氏表述矛盾. 共性? ?关键词:不可逆 表述的多样性和等价性 ? 开尔文表述――功热转换过程的不可逆性 ? 克劳修斯表述――热传导过程的不可逆性 功?热微观上: 大量分子运动的无序性增大了. 有温差时,能按分子的平均动能的大小来区分两物体. 无温差时,不能按分子的平均动能的大小来区分两物体. 又如杯子碎裂过程...证明其等价性 ? 杯子碎裂过程.. 微观上: 大量分子的无序性增大 微观上: 有序运动 ? 无序运动 ?不可逆过程的关联性 覆水难收 序 热力学第二定律的微观意义 从微观上说,热力学第二定律指出了 大量分子运动无序程度变化方向的规律. 能否找到一个态函数,反映系统 的无序度并确定过程的方向? 热机的循环 ? 循环过程:物质系统经历一系列的变化又回到初始 状态,这样周而复始的变化过程称为循环过程,简称 循环(cycle). ? 工作物:循环过程中的物质系统又被称为工作物. ? 循环完成后,所有状态函数不发生变化. ? 热机:工作物通过循环过程,连续不断的把热转换 为功,这种装置称为热机. 卡诺循环 绝热线 绝热线 与高温热源接触 等温线 与低温热源接触 等温线 一个循环完成后,系统的内能不变,由于 Q U A ? ? ? Q A ? 即:系统(工作物)吸收的热量全部用于对外做功,