引言

研究一切與溫度有關的各種宏觀現象——熱現象，以及這些現象的微觀機制。1．熱學的研究對象2.3宏觀與微觀的關系：微觀粒子的熱運動與系統的各種宏觀熱現象之間存在著內在的聯系。宏觀量等于微觀量的統計平均值。2.宏觀與微觀2.1宏觀現象與宏觀量：宏觀現象即一個系統所表現出來的各種物理性質以及這些性質的變化規律。描述一個系統宏觀性質的物理量稱為宏觀量。例：P、V、T、E、C等。2.2微觀運動與微觀量：微觀運動即系統內部的微觀粒子的熱運動。描述微觀粒子熱運動的物理量稱為微觀量。例：m、v、

等。3．熱學的兩種研究方法宏觀方法：把系統看成一個整體，從基本的熱力學定律（這些定律是從觀察、實驗中總結出來的）出發，通過嚴密的邏輯推理的方法研究系統的各種宏觀性質及其變化規律——熱力學。微觀方法：依據微觀粒子熱運動所滿足的力學定律，通過統計的方法研究系統的宏觀性質，并揭示各種熱現象的本質——統計物理學。第六章熱力學基礎§6-1熱力學第一定律§6-2熱力學第一定律對理想氣體的應用§6-3循環過程§6-4熱力學第二定律卡諾定理§6-5熱力學第二定律的統計意義熵的概念§6-1熱力學第一定律1．熱力學過程1.1熱力學過程1.2準靜態過程系統從一個平衡態向另一個平衡態過渡的過程系統的熱力學過程進行得無限緩慢，以致于每一個中間狀態都可視為平衡態p12一個點：表示一個平衡態一條曲線：表示一個準靜態過程O2(p2,V2,T)V

1(p1,V1,T)p

內能是狀態量：實際氣體：理想氣體：內能是溫度的單值函數：

內能不包括系統整體的機械能2.1內能

系統內分子熱運動的動能和分子之間相互作用勢能的總和。1.改變系統內能的兩種途徑熱功當量做功：通過宏觀力的作用使系統與外界之間產生能量交換，從而使系統的狀態發生改變。做功的大小等于此過程中系統與外界之間交換的能量。pF鉆木取火2.2改變系統內能的兩種途徑與熱功當量熱傳遞：通過熱相互作用使系統與外界之間產生能量交換，從而使系統的狀態發生改變的方式。此過程中系統與外界之間交換的能量，稱為熱量。Q熱量當量：熱量與其它形式的能量（機械能、電能、化學能等）可以相互轉換。一定熱量的產生（消失）總是伴隨著其它形式的能量的消失（產生）。熱功當量為：3.熱力學第一定律

系統所吸收的熱量，一部分使系統的內能增加，另一部分用于系統對外做功：無限小過程：

QAp1E1p2E24.準靜態過程中的功與熱量4.1準靜態過程中的功pFdl12mnVV2V1Op4.2準靜態過程中的熱量熱容準靜態過程中的熱量：12mnVV2V1Op熱容、比熱容和摩爾熱容：使物質溫度升高單位溫度所需的熱量稱為熱容：C、c和Cm與過程有關使單位質量的物質溫度升高單位溫度所需的熱量稱為比熱容：使單位摩爾的物質溫度升高單位溫度所需的熱量稱為摩爾熱容：熱量與熱容：作業：9-4§6-2熱力學第一定律對理想氣體的應用V＝const.Q1(p1,V1,T1)2(p2,V1,T2)pOV(p1/T1=p2/T2)1．等容過程2．等壓過程p＝const.QW1(p1,V1,T1)2(p1,V2,T2)pOV(V1/T1=V2/T2)3．等溫過程T＝const.QW(p1V1=p2V2)1(p1,V1,T1)2(p2,V2,T1)V

Op4.1絕熱過程的過程方程－－泊松公式4．絕熱過程Q＝0W

絕熱線與等溫線絕熱線

等溫線O

V

pA(pA,VA,TA)

4.2絕熱過程的E、W、Q和Cmp

O

V1(p1,V1,T1)2(p2,V2,T2)V(10－3m3)2

a

b1p(105Pa)26O

作業：9-5、9-8§6-3循環過程1．循環過程

系統由某一狀態出發，經過一系列變化過程后又回到原來的狀態，這樣的過程稱為循環過程：

p~V曲線為閉合曲線

p

O

V

abmn

順時針：W=Wamb－Wbna>0——熱機循環

逆時針：W=Wanb－Wbma<0——致冷循環

2．熱機與致冷機2.1熱機循環及其效率熱機：能夠不斷地把熱轉變成功的裝置。

熱機通過循環過程不斷地把熱轉變成功

熱機循環為正循環

p

O

V

鍋爐冷卻器水泵氣缸WQ1Q2

蒸汽機工作簡圖

熱機的效率：

WQ2Q1工作物質T1T2

2.2致冷機及其致冷系數致冷機：使熱量從低溫熱源向高溫熱源傳遞的裝置。

致冷循環為負循環

p

O

V

致冷機通過循環過程不斷地使熱量從低溫熱源向高溫熱源傳遞熱交換器蒸發器節流閥壓縮機WQ1Q2

致冷機工作簡圖致冷機的致冷系數

WQ2Q1工作物質T1T2

3.1卡諾循環3214OV

pT=T1絕熱T=T2絕熱3.卡諾循環及其效率由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成:3.2卡諾熱機的效率3(p3,V3,T2)2(p2,V2,T1)1(p1,V1,T1)4(p4,V4,T2)OV

pQ1Q2

WQ2Q1工作物質T1T2

結論：1）只與T1和T2有關，而與工質無關2）=1-T2/T1<100%3.3卡諾致冷機的致冷系數WQ2Q1工作物質T1T2

3(p3,V3,T2)2(p2,V2,T1)1(p1,V1,T1)4(p4,V4,T2)OV

pQ1Q2結論：2）1）e只與T1和T2有關，而與工質無關薩迪-卡諾（SadiCarnot）,1796～1832,法國物理學家。1824年，他（28歲）創立理想熱機理論，“卡諾熱機”、“卡諾循環”和“卡諾定理”，已是大家所熟悉的科學名詞。但卡諾的理論在創立后長期未能得到應有的重視。

VV2V1p

Oacb作業：9-10、9-11§6-4熱力學第二定律問題的提出

是否滿足熱力學第一定律的過程就一定會發生？

熱力學過程必須滿足熱力學第一定律。T1W=QQEQT1ET2Q1.熱力學第二定律的兩種典型表述1.1開爾文表達

不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變為有用功而不產生其它影響。

理解“不產生其影響”的含義W=Q1-Q2Q2Q1ET1T2T2T1Q2W=Q1-Q2T1W=QQE

單熱源熱機（第二類永動機）是不可能制成的

實際熱機最少要有兩個高低溫熱源（T1，T2），熱機的效率<100%WQ2Q1ET1T2

表明了熱功轉化的不可逆性fv01.2克勞修斯表達

熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體而不引起其它變化。WQ2Q1＝Q2＋WET1T2T2T1Q2W=Q1-Q2

理解“不產生其影響”的含義

要使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必須有外界做功。即致冷機的致冷系數不可能無限大。WQ2Q1ET1T2

表明了熱量傳遞的不可逆性T1T2Q(T1>T2)T1T2Q(T1>T2)2.兩種表述的等效性1.1如果開爾文表述不成立，則克勞修斯表述也不成立Q2Q1+Q2EW=Q1EQ1高溫熱源T1低溫熱源T2Q2Q2高溫熱源T1低溫熱源T22.2如果克勞修斯表述不成立，則開爾文表述也不成立Q2W=Q1-Q2Q2Q1E高溫熱源T1低溫熱源T2W=Q1-Q2EQ1-Q2高溫熱源T1低溫熱源T2開爾文Kelvin，WilliamThomson，Lord（1824～1907）克勞修斯（RuelolfClausius,1822--1888）,

設在某一過程L中，系統從狀態A變化到狀態B。如果能使系統從狀態B逆向回復到初狀態A，而同時外界也恢復原狀，過程L就稱為可逆過程。

如果系統不能回復到原狀態A，或者雖然能回復到初態A，但外界不能恢復原狀，那么過程L稱為不可逆過程。3.自然過程的不可逆性3.1可逆過程與不可逆過程3.2自然過程的不可逆性熱功轉換的方向性：AQ100％AQ100％T1T2Q(T1>T2)T1T2Q(T1>T2)熱傳遞的不可逆性：氣體絕熱自由膨脹的不可逆性：墨水擴散是一個不可逆過程潑水難收破鏡難圓樓倒塌是一個不可逆過程生命過程是一個不可逆過程結論：

大量事實表明：一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的，熱力學第二定律的實質在于揭示了自然過程的不可逆性。???君不見黃河之水天上來奔流到海不復回君不見高堂明鏡悲白發朝如青絲暮成雪不可逆過程4.卡諾定理1）在相同的高溫熱源與相同的低溫熱源之間工作的一切可逆機，不論用什么工作物質，效率相等。2）在相同的高溫熱源與相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆機的效率小于可逆機的效率。=:對應可逆機

<:對應不可逆機AQ2Q1ET1T2AQ2Q1ET1T2

可逆熱機與不可逆熱機AQ2Q1ET1T2可逆熱機:AQ