1、工質(zhì)工質(zhì)進(jìn)進(jìn)氣氣閥閥活活塞塞排排氣氣閥閥點(diǎn)點(diǎn)火火裝裝置置V1VPV2ae吸吸氣氣V1VPbaV2e絕熱壓縮壓壓縮縮VPabec絕熱壓縮吸熱吸熱Q1爆爆炸炸V1V2VPcabe絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱吸熱Q1作作功功V1V2VPcadbe絕熱壓縮絕熱膨脹吸熱吸熱Q1放熱放熱Q2放放熱熱V1V2VPcaeb絕熱壓縮d絕熱膨脹吸熱吸熱Q1放熱放熱Q2V1V2排排氣氣V1V2Vcadb絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱膨脹絕熱膨脹吸熱吸熱Q1放熱放熱Q2Pbc等體吸熱等體吸熱:)(1bcVmolTTCMMQda等體放熱等體放熱:)(2adVmolTTCMMQ熱機(jī)循環(huán)效率：熱機(jī)循環(huán)效率：bcadTTTTQQ1112V1

2、V2Vcadb絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱膨脹絕熱膨脹吸熱吸熱Q1放熱放熱Q2Pab絕熱壓縮過程：絕熱壓縮過程：1211VTVTbacd絕熱膨脹過程：絕熱膨脹過程：1211VTVTcd1211)()(VTTVTTbcad1112)()(VVTTTTbcad112)(11VVTTTTbcad141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q11212)(TCTTCQVV123232)(TCTTCQpp134342)(TCTTCQVV例例 1 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中P2=2P1 , V4=2V1.求求12、23、34、41各過程中氣體吸收的各過程中

3、氣體吸收的熱量和熱機(jī)的效率熱量和熱機(jī)的效率 .解解 由理想氣體過程方程得由理想氣體過程方程得122TT 134TT 142TT RVPT111)23(11RCTRTV1121QAQQ%3 .15)(1412VVppA111RTVpRCCVpQQQ23121112TCTCpV141V4V231p2pPVo12Q34Q41Q23Q14141)(TCTTCQpp112TCQV1232TCQp1342TCQV例例2、有、有2.5mol的雙原子理想氣體，做如圖的循環(huán)的雙原子理想氣體，做如圖的循環(huán)（ac為等溫過程）。求為等溫過程）。求：各過程中的熱量、內(nèi)能改：各過程中的熱量、內(nèi)能改變和所做的功以及循環(huán)的效

4、率。已知：變和所做的功以及循環(huán)的效率。已知：Pap511015. 4321100 . 2mV322100 . 3mV),(111TVpapVO),(221TVpb),(122TVpcJAEQJVVpAJVPVPTTCEbaV41312114112112110455. 11015. 4)(1004. 1)25)(:（等壓過程解：解：雙原子氣體雙原子氣體 KmolJRCV/25JEQJAJVPVPTTCEcbV422421112121004. 101004. 1)(25)(:等容過程JAQJVVVPAJEba3332111331037. 31037. 3)/ln(0:等溫過程001321 . 8/

5、1:QQQ循環(huán)效率oVP等溫膨脹等溫膨脹等溫壓縮等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kd例例3. 一摩爾氧氣作如圖所示循環(huán)一摩爾氧氣作如圖所示循環(huán),此循環(huán)由兩個(gè)等體過程此循環(huán)由兩個(gè)等體過程和兩個(gè)等溫過程組成和兩個(gè)等溫過程組成, 已知已知V2=2V1,求循環(huán)效率。求循環(huán)效率。 oVP等溫膨脹等溫膨脹等溫壓縮等溫壓縮T1=300KV2V1abcT2=200Kdda 等體過程等體過程,工質(zhì)吸熱工質(zhì)吸熱ab 等溫過程等溫過程,工質(zhì)吸熱（做功）工質(zhì)吸熱（做功）cd 等溫過程等溫過程,工質(zhì)做功工質(zhì)做功)(25)(dadaVVTTRTTCQTTAVVRTQ121ln122lnVVRTATQA凈V

6、TTTQQAA2ln)(252ln)(12121TTTTT001 .152ln300100252ln100（1）無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)與吸）無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)與吸 轉(zhuǎn)換點(diǎn)的直線過程轉(zhuǎn)換點(diǎn)的直線過程PV甲甲PV乙乙（2）無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)而有）無溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)而有吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)的過程吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)的過程（3）、有溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)）、有溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)N與吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)與吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)M直線過程直線過程如圖所示直線過程如圖所示直線過程AB，已知：已知：TA=TB對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)直線過程對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)直線過程AB，每一狀態(tài)滿足：每一狀態(tài)滿足：)1 ( molRTPV 直線過程的過程方程：直線過程的過程方程：VVPPP1113消去消去P得得：21113VV

7、PVPRT由由dT/dV=0 得：得：RVPTPPVVNNN1111492323PVV12V12P1P1NM設(shè)：該理想氣體的分子是多原子分子，即設(shè)：該理想氣體的分子是多原子分子，即CV=3RVVPPP111321113VVPVPRTdVVVpPPdVdEdQ)712(111由由dQ/dV=0 得：得：放熱吸熱，即：MBMAPPVVMM1179712可見可見：溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)不是吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)。：溫度轉(zhuǎn)換點(diǎn)不是吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)。由于該過程系統(tǒng)對(duì)外作功，而內(nèi)能無變化，所以整個(gè)過程由于該過程系統(tǒng)對(duì)外作功，而內(nèi)能無變化，所以整個(gè)過程總的來說是吸熱的?？偟膩碚f是吸熱的。111121111111123:144)712

8、(:1425)712(:11VPQQQBAVPdVVVPPQBMVPdVVVPPQMAVVVVMM放吸凈吸放吸從圖中可計(jì)算：從圖中可計(jì)算：1111123)2(21VPVPPAQ例例3. 1mol多原子分子的理想氣體，經(jīng)如圖所示的多原子分子的理想氣體，經(jīng)如圖所示的 循環(huán)，循環(huán)， 求：該循環(huán)的效率。求：該循環(huán)的效率。 ABCp12p1V12V121V1VP解：解：1QA1143VpSAABC1113pVVppdVVVpppdVdTCMMdQVmol)712(111ABCp12p1V12V121V1VPMVM吸放熱轉(zhuǎn)換點(diǎn)0dVdQ1712VV 111111425)712(1VpdVVVppQMVVA

9、M11421)(VpSTTCMMQADCCAVmolCA%7.10AMCDQQAQA吸ABCp12p1V12V121V1VPMVM 1、開爾文說法：不可能制造出這樣一種開爾文說法：不可能制造出這樣一種工作的熱工作的熱機(jī)，它只使機(jī)，它只使熱源冷卻來做功，而熱源冷卻來做功，而不不放出熱量給其他物放出熱量給其他物體，或者說體，或者說不不使使外外界發(fā)生任何變化界發(fā)生任何變化 .一、熱力學(xué)第二定律的兩種表述一、熱力學(xué)第二定律的兩種表述 熱力學(xué)第一定律說明在一切熱力學(xué)過程中，能量一定熱力學(xué)第一定律說明在一切熱力學(xué)過程中，能量一定守恒。但事實(shí)證明，滿足能量守恒的過程不一定都能實(shí)現(xiàn)。守恒。但事實(shí)證明，滿足能量

10、守恒的過程不一定都能實(shí)現(xiàn)。熱力學(xué)第二定律就是關(guān)于自然過程的方向規(guī)律，它決定了熱力學(xué)第二定律就是關(guān)于自然過程的方向規(guī)律，它決定了實(shí)際過程是否能夠發(fā)生以及沿什么方向進(jìn)行。實(shí)際過程是否能夠發(fā)生以及沿什么方向進(jìn)行。 等溫膨脹過程是從等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功，單一熱源吸熱作功，而而不不放出熱量給其它物體放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過程但它非循環(huán)過程.12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoWETQ A低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?T高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?T卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)1Q2QAVop2TA1TABCD21TT 卡諾卡諾循環(huán)是循循環(huán)是循環(huán)過程，環(huán)過程，但需兩個(gè)但需兩個(gè)熱源，且熱源，且使外界

11、發(fā)使外界發(fā)生變化生變化. 永永 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 的的 設(shè)設(shè) 想想 圖圖 雖然卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫雖然卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生變化 .2、 克勞修斯說法：克勞修斯說法：不可能把熱量從低溫物體不可能把熱量從低溫物體傳到高傳到高 溫物體而溫物體而不不引起引起外界的變化外界的變化 .高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?T低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?T卡諾致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)1Q2QAVop2TW1TABCD21TT 2Q1Q二、熱力學(xué)第二定律兩種表述的等價(jià)性二、熱力學(xué)第二定律兩種表述的等價(jià)性證明（反證法）：設(shè)克勞修斯表述不對(duì)，熱量可以自動(dòng)證明（反

12、證法）：設(shè)克勞修斯表述不對(duì)，熱量可以自動(dòng)地由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩矗谙旅嬖O(shè)計(jì)卡諾熱機(jī)中地由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?，在下面設(shè)計(jì)卡諾熱機(jī)中是違反開爾文表述的是違反開爾文表述的.高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩锤邷責(zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅=Q1- |Q2|Q1Q2|Q2|證明（反證法）：設(shè)開爾文表述不對(duì)，證明克勞修斯證明（反證法）：設(shè)開爾文表述不對(duì)，證明克勞修斯 表述也不對(duì)。表述也不對(duì)。總之，熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效?？傊?，熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效。高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩锤邷責(zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅=Q1Q1Q2Q2+A=Q2+Q1 Q2注注 意意 1 熱力學(xué)第二

13、定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)熱力學(xué)第二定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié). 3 熱力學(xué)第二定律可有多種說法，每一種說熱力學(xué)第二定律可有多種說法，每一種說 法都反映了自然界過程進(jìn)行的方向性法都反映了自然界過程進(jìn)行的方向性 . 2 熱力學(xué)第二定律開爾文說法與克勞修斯說熱力學(xué)第二定律開爾文說法與克勞修斯說 法具有等效性法具有等效性 .自然界的一切實(shí)際熱力學(xué)過程都是按一定方向進(jìn)行的自然界的一切實(shí)際熱力學(xué)過程都是按一定方向進(jìn)行的,反方反方向的逆過程不可能自動(dòng)地進(jìn)行。例向的逆過程不可能自動(dòng)地進(jìn)行。例 如：如：如圖如圖: :重物自動(dòng)下落重物自動(dòng)下落, ,使使 葉片在水葉片在水中轉(zhuǎn)動(dòng)中轉(zhuǎn)動(dòng), ,和水相互摩擦可使水溫升和

14、水相互摩擦可使水溫升高。這是機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的過高。這是機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的過程程, ,即功變熱的過程。反之即功變熱的過程。反之, ,即水即水溫自動(dòng)降低溫自動(dòng)降低, ,產(chǎn)生水流產(chǎn)生水流, ,推動(dòng)葉片推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng), ,帶動(dòng)重物上升的過程帶動(dòng)重物上升的過程, ,是熱是熱自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能發(fā)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能發(fā)生的。生的。自然過程的方向自然過程的方向如吃冰棍拔舌頭如吃冰棍拔舌頭,吃火鍋燙舌頭現(xiàn)象吃火鍋燙舌頭現(xiàn)象,說明熱量由高溫物體傳向低溫說明熱量由高溫物體傳向低溫物體的過程是不可逆的。物體的過程是不可逆的。 膨脹前膨脹前 膨脹后膨脹后 自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都涉及熱

15、功轉(zhuǎn)換或熱傳自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都涉及熱功轉(zhuǎn)換或熱傳導(dǎo)，導(dǎo)， 可逆過程可逆過程 : 在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài)復(fù)正過程的每一狀態(tài), 而不引起其他變化而不引起其他變化, 這樣的過程叫這樣的過程叫做可逆過程做可逆過程 . 非非準(zhǔn)靜態(tài)過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程不可逆過程 . 不可逆不可逆過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過過程：在不引起其他變化的條件下，不能使逆過程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必然會(huì)引起其他程重復(fù)正過程的每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必然會(huì)引起其他變化，這樣的過程叫做不可逆過程變化，這樣的過程叫

16、做不可逆過程. 準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力準(zhǔn)靜態(tài)過程（無限緩慢的過程），且無摩擦力、粘滯力或其他耗散力作功，無能量耗散的過程或其他耗散力作功，無能量耗散的過程 . (熱學(xué)熱學(xué))可逆過程的條件可逆過程的條件1.功熱轉(zhuǎn)換功熱轉(zhuǎn)換功變?yōu)闊崾菣C(jī)械能（或電能）轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程。從微觀上看，是大量分子功變?yōu)闊崾菣C(jī)械能（或電能）轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程。從微觀上看，是大量分子的有序（這里指分子速度的方向）運(yùn)動(dòng)向無序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的過程，這是可能的。而的有序（這里指分子速度的方向）運(yùn)動(dòng)向無序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的過程，這是可能的。而相反的過程，即無序運(yùn)動(dòng)自動(dòng)地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)，是不可能的。因此從微觀上看，相反的過程

17、，即無序運(yùn)動(dòng)自動(dòng)地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)，是不可能的。因此從微觀上看，AV兩個(gè)溫度不同的物體經(jīng)過熱接觸，最后達(dá)到溫度相同。初態(tài)溫度高的物體分兩個(gè)溫度不同的物體經(jīng)過熱接觸，最后達(dá)到溫度相同。初態(tài)溫度高的物體分子平均動(dòng)能大，溫度低的物體分子平均動(dòng)能小。這意味著雖然兩物體的分子運(yùn)動(dòng)子平均動(dòng)能大，溫度低的物體分子平均動(dòng)能小。這意味著雖然兩物體的分子運(yùn)動(dòng)都都 是無序的，但是還能按照分子的平均動(dòng)能的大小區(qū)分兩個(gè)物體。到了末態(tài)，是無序的，但是還能按照分子的平均動(dòng)能的大小區(qū)分兩個(gè)物體。到了末態(tài)，兩物體的溫度變得相同所有分子的平均動(dòng)能都一樣了，按平均動(dòng)能區(qū)分兩物體也兩物體的溫度變得相同所有分子的平均動(dòng)能都一樣了，按平均

18、動(dòng)能區(qū)分兩物體也不可能了。這就是大量分子運(yùn)動(dòng)的無序性（這里指分子的動(dòng)能或分子速度的大?。┎豢赡芰?。這就是大量分子運(yùn)動(dòng)的無序性（這里指分子的動(dòng)能或分子速度的大?。┯捎跓醾鲗?dǎo)而增大了。相反的過程，即兩個(gè)物體的分子運(yùn)動(dòng)從平均動(dòng)能完全相同由于熱傳導(dǎo)而增大了。相反的過程，即兩個(gè)物體的分子運(yùn)動(dòng)從平均動(dòng)能完全相同的無序狀態(tài)自動(dòng)地向兩個(gè)物體分子平均動(dòng)能不同的較為有序的狀態(tài)進(jìn)行的過程是的無序狀態(tài)自動(dòng)地向兩個(gè)物體分子平均動(dòng)能不同的較為有序的狀態(tài)進(jìn)行的過程是不可能的。因此，從微觀上看，不可能的。因此，從微觀上看，。2.熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo):TTT1T2圖（圖（1） 圖（圖（2） 圖（圖（3） 3 .氣體的絕熱自由膨脹過程：

19、氣體的絕熱自由膨脹過程：在熱傳導(dǎo)過程中，自然過程總是沿著使大量分子的運(yùn)動(dòng)在熱傳導(dǎo)過程中，自然過程總是沿著使大量分子的運(yùn)動(dòng)向更加無序狀態(tài)的方向進(jìn)行。向更加無序狀態(tài)的方向進(jìn)行。一、卡諾定理：一、卡諾定理：（1）在同樣的一對(duì)高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g工作的一切）在同樣的一對(duì)高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g工作的一切 可逆機(jī)，其效率和工作物質(zhì)無關(guān)，都等于卡諾機(jī)的可逆機(jī)，其效率和工作物質(zhì)無關(guān)，都等于卡諾機(jī)的 效率。效率。（2）在同樣的一對(duì)高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g工作的一切）在同樣的一對(duì)高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g工作的一切 不可逆機(jī)，其效率不可能高于可逆機(jī)的效率。不可逆機(jī)，其效率不可能高于可逆機(jī)的效率。證明：略證明：略E1T

20、高溫?zé)嵩?T低溫?zé)嵩?Q1Q1QAE2Q二、熵二、熵 （用來描述始末兩態(tài)的差異性及判斷過程的進(jìn)行方向狀態(tài)函數(shù)）（用來描述始末兩態(tài)的差異性及判斷過程的進(jìn)行方向狀態(tài)函數(shù)）理想氣體卡諾熱機(jī)的效率公式：理想氣體卡諾熱機(jī)的效率公式：121211TTQQ2211TQTQ02211TQTQ02211TQTQ說明：在卡諾循環(huán)中，說明：在卡諾循環(huán)中，Q/T的總和為零。的總和為零。BOVpACDEEFAHG如圖可逆循環(huán)：由幾個(gè)等溫如圖可逆循環(huán)：由幾個(gè)等溫與絕熱過程構(gòu)成，即與絕熱過程構(gòu)成，即3個(gè)卡諾個(gè)卡諾循環(huán)！有：循環(huán)！有：0iiTQOVpAB210ddd21TQTQTQABBATQTQABBAdd21或：TQTQABBAdd22TQTQBABAdd21對(duì)于任意可逆循環(huán)，如圖所示?？煽醋饕幌盗形⑿】ㄖZ循對(duì)于任意可逆循環(huán)，如圖所示?？煽醋饕幌盗形⑿】ㄖZ循環(huán)的總和，所以有：環(huán)的總和，所以有：OVp0dTQ該式稱為該式稱為克勞修斯等式克勞修斯等式熵的引入：如圖熵的引入：如圖A-1-B-2-A可逆過程可逆過程例例1、設(shè)有、設(shè)有1mol理想氣體由初態(tài)（理想氣體由初態(tài)（T1，V1）經(jīng)某一過程變化）經(jīng)某一過程變化到末態(tài)（到末態(tài)（T2，V2），求其熵變。），求其熵變。熵熵定義為：當(dāng)系統(tǒng)沿可逆過程由狀態(tài)定義為：當(dāng)系統(tǒng)沿可逆過程由狀態(tài)A變到狀態(tài)變到狀態(tài)B時(shí)，如以時(shí)，如以 SA和和SB分別表示始末狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的熵