第六章熱力學根本定律1．熱力學第一定律及其應用2．卡諾循環熱機效率3．熱力學第二定律本章要點物理教研室陳亮6.1熱力學第一定律幾個根本概念〔熱力學〕系統：熱力學研究對象環境〔外界〕：系統以外的局部狀態：系統熱力學性質的集合狀態參量：描述系統狀態的物理量平衡態〔熱平衡〕：系統宏觀性質不隨時間變化〔熱力學〕過程：系統從一個狀態變化到另一狀態的經歷準靜態〔平衡〕過程：過程中的每一狀態都無限接近平衡態〔例：觀察太陽運動〕物理教研室陳亮PdlS功、熱量和內能的計算系統對環境做功系統對環境做功系統對環境做負功或環境對系統做功P1V1P2V2P0VA過程量!物理教研室陳亮C:摩爾熱容(與過程有關〕系統從環境吸熱系統向環境放熱系統從環境吸熱內能的增量對理想氣體過程量!狀態量!物理教研室陳亮熱力學第一定律微分形式第一類永動機不可能實現!物理教研室陳亮6.2熱力學第一定律對理想氣體的應用等容過程特征：定容摩爾熱容對任意一個過程，物理教研室陳亮12等壓過程特征：定壓摩爾熱容物理教研室陳亮12等溫過程特征：物理教研室陳亮12絕熱過程特征：兩邊微分得：

兩式聯立，消去得：物理教研室陳亮氣體摩爾熱容比〔比熱比〕絕熱過程方程物理教研室陳亮理想氣體各等值過程的重要公式過程特征過程方程吸收熱量對外做功內能增量等體V=C0等壓P=C等溫T=C0絕熱Q=00物理教研室陳亮例1：一壓強為1.0×105Pa，體積為1.0×10-3m3的氧氣自0℃加熱到100℃。問：〔1〕當壓強不變時，需要多少熱量？當體積不變時，需要多少熱量？〔2〕在等壓或等容過程中各作了多少功？解：根據題目所給條件得物理教研室陳亮

體積不變時(2)壓強不變時體積不變時(1)壓強不變時物理教研室陳亮6.3卡諾循環熱機效率

熱力學循環

循環過程：系統經歷一系列狀態變化后又回到初始狀態的整個過程。可逆循環：經歷準靜態過程VP正循環逆循環A熱機：順時針、正循環、系統吸熱對外做正功。制冷機：逆時針、逆循環、外界對系統做功，系統降溫。物理教研室陳亮

卡諾循環AABCDQ1Q2A高溫熱源T1低溫熱源T2工質由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。物理教研室陳亮AB：等溫膨脹、吸熱BC：絕熱膨脹CD：

等溫壓縮、放熱DA：絕熱壓縮熱機效率物理教研室陳亮對卡諾熱機致冷系數熱量不可能全部轉化為功！實物理教研室陳亮等溫吸熱例2：習題6-13解：設對等壓過程bc，有：等壓放熱等容吸熱物理教研室陳亮整個循環過程總吸熱量和總放熱量為：物理教研室陳亮例3：一卡諾熱機當熱源溫度為100℃，冷卻器溫度為0℃時，所作凈功為800J。現要維持冷卻器的溫度不變，并提高熱源的溫度使凈功增為1.60×103J，求：〔1〕熱源的溫度提高到多少？〔2〕效率增大到多少？〔假定系統放出熱量不變〕解：由熱機效率定義和卡諾熱機效率及解出、、物理教研室陳亮由公式解得：物理教研室陳亮6.4熱力學第二定律并非所有能量守恒的過程都能實現！開爾文表述：不可能制成一種循環動作的熱機，只從單一熱源吸取熱量，使之全部變為有用的功而不產生其它影響。克勞修斯表述：熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體而不產生其它影響。第二類永動機：從單一熱源吸熱并對外做功而不產生其它變化。熱傳導的不可逆性功熱轉換的不可逆性不可能實現！物理教研室陳亮可逆過程

:如果逆過程能重復正過程的每一狀態,回到原來的狀態而不引起任何其它變化。不可逆過程：如果逆過程不能重復正過程的每一狀態回到原來的狀態，或者雖能重復但必然會引起其它變化。物理教研室陳亮自然界一切自發的過程都是不可逆的！熱力學第二定律的統計意義:理想氣體絕熱自由膨脹4個分子全部退回左邊的概率是N個分子全部退回左邊的概率是熱力學第二定律的實質:在一個不受外界影響的孤立系統中發生的一切實際過程，都是從概率小〔微觀態數少〕的宏觀狀態向概率大〔微觀態數多〕的宏觀狀態進行。物理教研室陳亮6.5熵任意一個可逆循環可視為由無窮多個卡諾循環所組成。對任一微小卡諾循環：∴對任一可逆循環過程：物理教研室陳亮**ABCDE對可逆過程可見，積分與過程無關，只與始末狀態有關，說明系統確實存在一個狀態函數，定義該狀態函數S為：“熵〞物理教研室陳亮熱力學第二定律亦可表述為：自然界中一切自發過程總是向著熵增加的方向進行。

孤立系統不可逆過程孤立系統可逆過程熵增加原理：

孤立系統的熵永不會減少:△S≥0

。熵變的計算當始末兩平衡態確定后，系統的熵變也是確定的,與過程無關。因此,可在兩平衡態之間假設任一可逆過程計算熵變。物理教研室陳亮

熱力學第一定律吸熱、做功、內能增量的計算在各等值過程中的應用

卡諾循環熱機效率

熱機效率的計算

熱力學第二定律

表述、實質及統計意義

熵熵的計算、熵增加原理本章小結

物理教研室陳亮6-11、6-12

作業物理教研室陳亮在歐洲，早期最著名的一個永動機設計方案是十三世紀時一個叫亨內考的法國人提出來的。如下圖：輪子中央有一個轉動軸，輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿，每個短桿的一端裝有一個鐵球。方案的設計者認為，右邊的球比左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產生的轉動力矩要比左邊的球產生的轉動力矩大。這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉動下去，并且帶動機器轉動。這個設計被不少人以不同的形式復制出來，但從未實現不停息的轉動。仔細分析一下就會發生，雖然右邊每個球產生的力矩大，但是球的個數少，左邊每個球產生的力矩雖小，但是球的個數多。