1、熱機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介課件熱機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介課件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化狀態(tài)過(guò)程后，又回到原來(lái)的狀態(tài)的過(guò)程叫熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程 .熱力學(xué)第一定律凈功:特征一、循環(huán)過(guò)程總放熱Q2（取絕對(duì)值）總吸熱Q1AB系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列變化狀態(tài)過(guò)程后，又回到原來(lái)的狀態(tài)的過(guò)程叫熱力學(xué)熱機(jī) ：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器 . 工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)中被利用來(lái)吸收熱量并對(duì)外做功的物質(zhì) .熱機(jī) ：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器 . 工作物冰箱循環(huán)示意圖冰箱循環(huán)示意圖熱機(jī)二、熱機(jī)效率 制冷機(jī)的制冷系數(shù)熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB熱機(jī)二、熱機(jī)效率 制冷機(jī)的制冷系數(shù)熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嶂评錂C(jī)制冷系數(shù)制冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B制冷機(jī)（逆循環(huán)）制

2、冷機(jī)制冷系數(shù)制冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B制冷機(jī)（逆循環(huán)）1423 例 1 1 mol 氦氣經(jīng)過(guò)如圖所示的循環(huán)過(guò)程，其中 , 求12、23、34、41各過(guò)程中氣體吸收的熱量和效率?逆循環(huán)的制冷系數(shù)?解 由理想氣體物態(tài)方程得1423 例 1 1 mol14231423三、卡諾循環(huán) 1824 年法國(guó)的年青工程師卡諾(28歲)提出，工作在兩熱源之間的理想循環(huán)卡諾循環(huán). 給出了熱機(jī)效率的理論極限值; 他還提出了著名的卡諾定理.薩迪.卡諾 1812年，卡諾考入巴黎理工學(xué)院，在那里受教于泊松、蓋呂薩克、安培、阿拉果等一批卓有成就的老師。1819年，他考上了巴黎總參謀軍團(tuán)。后棄軍繼續(xù)搞研究！ 卡諾受父親革命思想

3、的影響至深，以致使他不滿時(shí)局而與時(shí)代格格不入！ 1832年6月，他患了猩紅熱，不久后轉(zhuǎn)為腦炎，他的身體受了致命的打擊。后來(lái)他又染上了流行性霍亂，于同年8月24日去世。卡諾去世時(shí)年僅36歲！其弟整理他的著作。 一顆新星就這樣隕落了！ 三、卡諾循環(huán) 1824 年法國(guó)的 卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程組成 .低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD 卡諾循環(huán)是由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕WABCD1. 卡諾循環(huán)熱機(jī)效率 A B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮 D A 絕熱壓縮卡諾循環(huán)A B 等溫膨脹吸熱WABCD1. 卡諾循環(huán)熱機(jī)效率 A B 等溫膨脹卡C D 等溫

4、壓縮放熱WABCD D A 絕熱過(guò)程B C 絕熱過(guò)程 C D 等溫壓縮放熱WABCD D A 絕熱過(guò)程B 卡諾熱機(jī)效率WABCD結(jié)論：工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高 . 卡諾熱機(jī)效率WABCD結(jié)論：工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)熱源的溫度WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ制冷機(jī)2. 卡諾制冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾制冷機(jī)制冷系數(shù)WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ制冷機(jī)2. 卡諾制冷機(jī)（卡諾逆（1）開爾文說(shuō)法：不可能制造出這樣一種循環(huán)工作的熱機(jī)，它只使單一熱源冷卻來(lái)做功，而不放出熱量給其他物體，或者說(shuō)不使外界發(fā)生任何變化.(一)第二定律的提出（1）功熱轉(zhuǎn)換的條件第一定律

5、無(wú)法說(shuō)明.（2）熱傳導(dǎo)的方向性、氣體自由膨脹的不可逆性問(wèn)題第一定律無(wú)法說(shuō)明. （二）熱力學(xué)第二定律的兩種表述 四、卡諾定理開爾文普朗克表述: 不可能從單一熱源吸取熱量，并將這熱量變?yōu)楣Γ划a(chǎn)生其他影響。 （1）開爾文說(shuō)法：不可能制造出這樣一種循環(huán)工作的熱機(jī)，它只使 等溫膨脹過(guò)程是從單一熱源吸熱做功，而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過(guò)程.12W W低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD卡諾循環(huán)是循環(huán)過(guò)程,但需兩個(gè)熱源,且使外界發(fā)生變化. 等溫膨脹過(guò)程是從單一熱源吸熱做功，而不放出熱雖然卡諾制冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界做功且使環(huán)境發(fā)生變化.（2）克勞修斯說(shuō)法：不可能把熱量從低溫物

6、體自動(dòng)傳到高溫物體而不引起外界的變化 .高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ制冷機(jī)WABCD雖然卡諾制冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界做功且注 意（1）熱力學(xué)第二定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié).（4）熱力學(xué)第二定律可有多種說(shuō)法，每一種說(shuō)法都反映了自然界過(guò)程進(jìn)行的方向性.（2）熱力學(xué)第二定律開爾文說(shuō)法與克勞修斯說(shuō)法具有等效性.（3）第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成: 只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)。注 意（1）熱力學(xué)第二定律是大量實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié).（4）熱力 永 動(dòng) 機(jī) 的 設(shè) 想 圖第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成: 不消耗任何能量卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器. 因?yàn)檫`背能量守恒定律.

7、永 動(dòng) 機(jī) 的 設(shè) 想 圖第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成: 第二類永動(dòng)機(jī)效率為100%,雖然它不違背能量守恒定律,但大量事實(shí)證明,在任何情況下,熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源,熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變成有用的功,就不可避免地將一部分熱量傳給低溫物體,因此效率不會(huì)達(dá)到100%.第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律.熱力學(xué)第三定律：絕對(duì)零度(T=0K)不可達(dá)到.或者絕對(duì)零度時(shí),所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零. 熱力學(xué)第零定律：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，那么它們也必定處于熱平衡.熱力學(xué)第零定律是熱力學(xué)三大定律的基礎(chǔ)! 第二類永動(dòng)機(jī)效率為100%,雖然它不違背能量守恒定律,但大量非自

8、發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo) 熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的 .（三）熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo) 熱功轉(zhuǎn)換完全(1) 在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆機(jī)都具有相同的效率 . （四）卡諾定理(2) 工作在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆機(jī)的效率都不可能大于可逆機(jī)的效率 .( 不可逆機(jī) )（可逆機(jī)）(1) 在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的任意工作物質(zhì)的可逆結(jié)論 ：可逆卡諾循環(huán)中, 熱溫比總和為零.熱溫比等溫過(guò)程（膨脹和壓縮）中吸收或放出的熱量與熱源溫度之比

9、.可逆卡諾機(jī)一、熵(Entropy) 如何判斷孤立系統(tǒng)中過(guò)程進(jìn)行的方向？第四節(jié) 熵 熵增加原理結(jié)論 ：可逆卡諾循環(huán)中, 熱溫比總和為零.熱溫比等溫過(guò)程（膨任一微小可逆卡諾循環(huán)對(duì)所有微小循環(huán)求和當(dāng)時(shí)，則 任意的可逆循環(huán)可視為由許多可逆卡諾循環(huán)所組成 結(jié)論 : 對(duì)任一可逆循環(huán)過(guò)程, 熱溫比之和為零.任一微小可逆卡諾循環(huán)對(duì)所有微小循環(huán)求和當(dāng)時(shí)，則 任意的可 在可逆過(guò)程中，系統(tǒng)從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B , 其熱溫比的積分只決定于始末狀態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān), 是一態(tài)函數(shù)的增量，此態(tài)函數(shù)稱熵. 二、熵是態(tài)函數(shù) 可逆過(guò)程 *ABCD可逆過(guò)程 在可逆過(guò)程中，系統(tǒng)從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B , 其熱溫比的積無(wú)限小可逆過(guò)程 熱

10、力學(xué)系統(tǒng)從初態(tài) A 變化到末態(tài) B ，系統(tǒng)熵的增量等于初態(tài) A 和末態(tài) B 之間任意一可逆過(guò)程熱溫比（ ）的積分.物理意義 熵的單位*ABCDE 可逆過(guò)程 無(wú)限小可逆過(guò)程 熱力學(xué)系統(tǒng)從初態(tài) A 變化到三、熵變的計(jì)算（1）熵是態(tài)函數(shù)，當(dāng)始末兩平衡態(tài)確定后，系統(tǒng)的熵變也是確定的, 與過(guò)程無(wú)關(guān). 因此, 可在兩平衡態(tài)之間假設(shè)任一可逆過(guò)程，從而可計(jì)算熵變.（2）當(dāng)系統(tǒng)分為幾個(gè)部分時(shí)，各部分的熵變之和等于系統(tǒng)的熵變. 可逆過(guò)程 三、熵變的計(jì)算（1）熵是態(tài)函數(shù)，當(dāng)始末兩平衡態(tài)確定后，系統(tǒng)的 【例題6-7 】將1kg 0 的冰融化成 0 的水，再到100 的水。求各過(guò)程的熵變(設(shè)冰的熔解熱為3.35105

11、J kg-1 ) 。解: （1）設(shè)計(jì)一可逆等溫過(guò)程求熵變：結(jié)論：孤立系統(tǒng)中不可逆過(guò)程的熵是增加的.（2）0水-100 水，設(shè)計(jì)無(wú)限個(gè)溫差dT的過(guò)程 【例題6-7 】將1kg 0 的冰融化成 0 的水，再四、熵增加原理平衡態(tài) A平衡態(tài) B （熵不變）可逆過(guò)程非平衡態(tài)平衡態(tài)（熵增加） 不可逆過(guò)程自發(fā)過(guò)程 孤立系統(tǒng)不可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)可逆過(guò)程孤立系統(tǒng)中的可逆過(guò)程，其熵不變；孤立系統(tǒng)中的不可逆過(guò)程，其熵要增加. 熵增原理應(yīng)用：能判斷自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的方向. 熵增加原理成立的條件: 孤立系統(tǒng)或絕熱過(guò)程.四、熵增加原理平衡態(tài) A平衡態(tài) B （熵不變）可逆過(guò)程非平衡1、不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)一個(gè)被隔板分為A、B相等

12、兩部分的容器，裝有4個(gè)涂以不同顏色的分子。 開始時(shí)，4個(gè)分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴(kuò)散并在整個(gè)容器內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。 隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下圖所示：五、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義、熵的微觀本質(zhì)1、不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)五、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義、熵的微 討論 N個(gè)粒子在空間的分布的微觀狀態(tài)數(shù)可分辨的粒子集中在空間的概率P 討論 N個(gè)粒子在空間的分布的微觀狀態(tài)數(shù)可分辨的粒粒子集中在左空間的概率粒子均勻分布的概率可分辨粒子總數(shù) N = 4 N 1 2 4 NP0（左）各種分布的狀態(tài)總數(shù) 第 種分布的可能狀態(tài)數(shù)粒子集中在左空間的概率粒子均勻分布的概率可分辨粒子總數(shù) N 若

13、有N個(gè)分子，則共2N種可能方式，而N個(gè)分子全部退回到A部的概率1/2N .理想氣體系統(tǒng), 若N=6.021023個(gè)，這些分子全部退回到A部的概率為 對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到B部的過(guò)程原則上是可逆的. 但對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向B部自由膨脹的宏觀過(guò)程實(shí)際上是不可逆的.這就是宏觀過(guò)程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)解釋. 不可逆過(guò)程的本質(zhì)系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行的過(guò)程.若有N個(gè)分子，則共2N種可能方式，而N個(gè)分子全部退回到A部的2、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過(guò)程總是從包含微觀態(tài)數(shù)少的宏觀態(tài)向包含微觀態(tài)數(shù)多的宏觀態(tài)過(guò)渡.從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)

14、向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)過(guò)渡.3、熵的微觀本質(zhì)熵是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的一種量度。孤立系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，熵最大，分子運(yùn)動(dòng)最無(wú)序.2、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)表述：3、熵的微觀本質(zhì)4、熵與熱力學(xué)概率的關(guān)系玻耳茲曼認(rèn)為，熵S與熱力學(xué)概率的關(guān)系為k是玻爾茲曼常數(shù)。4、熵與熱力學(xué)概率的關(guān)系玻耳茲曼認(rèn)為，熵S與熱力學(xué)概率的關(guān)玻耳茲曼墓碑 為了紀(jì)念玻爾茲曼給予熵以統(tǒng)計(jì)解釋的卓越貢獻(xiàn) ，他的墓碑上刻著：這表示人們對(duì)玻爾茲曼的深深懷念和尊敬.Ludwig Boltzmann（ 18441906年）玻耳茲曼墓碑 為了紀(jì)念玻爾茲曼給予熵以統(tǒng)計(jì)解釋【例6-6 】試求1mol理想氣體由初態(tài)（T1,V1）經(jīng)某一過(guò)程到達(dá)終態(tài)（T2,V2）的熵變，假定氣體的定體摩爾熱容CV為恒量。解：（T1V1）（T2V1）可逆等體升溫S1（T2V1）（T2V2）可逆等溫膨脹S2方法一：AB【例6-6 】試求1mol理想氣體由初態(tài)（T1,V1）經(jīng)某一（T1V1）（T1V2）可逆等溫膨脹S1（T1V2）（T2V2）可逆等體升溫S