如果两个物体都与处于确定状态的第三个物体处于热平衡,则该两个物体彼此处于热平衡。
热力学系统:在热力学中,把所研究的物体或物体组叫做热力学系统。
在热力学第一定律建立以前,曾有人企图制造一种机器,它 不需要任何动力和燃料,工作物质的内能最终也不改变,却能不断地对外做功、这种永动机叫做第一类永动机、所有这种企图,终经无数次的尝试.都失败了·热力学第一定律指出,做功必须由能量转化而来.很显然第一类永动机违反热力学第一定律,所以它是不可能造成的
规定:系统从外界吸收热量时,Q为正值,反之为负;系统对外界做功时,A为正值,反之为负;
系统内能增加时,为正,反之为负。上式的意义就是:外界对系统传递的热量一部分是使系统的内能增加,另一部分是用于系统对外做功,不难看出,热力学第一定律其实是包括热量在内的能量守恒定律。对微小的状态变化过程,有
式中pdV在p-V图上表示的是由代表这个准静态过程的
实线对V轴所覆盖的画斜线面积.
§6-2热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用
在等体过程中,外界传给气体的热量全都用来增加气体内能,而系统没有对外做功
现在我们来计算一下气体的体积增加dV时所做的功,根据理想气体物态方程pv=nRT,如果气体的体积从V增加到V+dV,温度从T增加到T+dT,则气体所做的功为
=pdV=
下角表示压强不变,从状态到状态2,气体对外做功为
气体在等压膨胀过程中,所吸收的热量一部分用来增加内能,另一部分用于对外界做功,同时内能减小,其和等于放出的热量。
我们把1mol气体在压强不变的情况下,温度改变1k所需要的热量叫做其他的摩尔定压热容,用表示
意义:1mol理想气体温度升高1K时,在等压过程中比在等体过程中要多吸收 8.31J的热量,为的是转化为对外界所做的膨胀功,由此可见,普适气体常量R等于1mol理想气体在等压过程中温度升高1K时对外所做的功。
摩尔定压热容 与摩尔定容热容之比,用 表示,叫做[摩尔)热容比
系统的温度保持不变,即dT=0.又因理想气体的内能致于温度有关,所以dE=0.
在等温膨胀过程中,理想气体所吸收的热量全部转化为对外所做的功;反之,在等温压缩时,外界对理想气体所做的功,将全部转化为转给恒温热源的热量。
在不与外界作热量交换的条件下,系统的状态变化过程叫做绝热过程
根据绝热过程的特征,由热力学第一定律可得
在这过程中气体所做的功为
上式表明,理想气体在绝热压缩过程中,外界所做的功全部转为气体内能的增加、使温度升高:在绝热膨胀过程中,它消耗本身的内能来对外做功,使温度降低。
在绝热过程中,理想气体的三个状态参量p、V、T是同时变化的.利用热力学第一定律、理想气体物态方程以及绝热条件,可以证明,对于平衡的绝热过程,
在p、V、T三个参量中,每两者之间的相互关系式为
=常量
T=常量 =常量
这里不讲
概要
循环过程:一个热力学系统从某一状态出发,经过一系列变化过程,最后又回到初始状态,这样的过程称为循环过程。
逆循环:系统沿闭合曲线逆时针方向的循环
工程上常把作循环过程的热力学系统称为工质。作正循环的设备称为热机,作逆循环的设备称为制冷机。
特征:系统经历一个循环后内能不变。根据热力学第一定律,系统吸收(或放出的)净热量等于系统对外所做的净功(外界对系统所做的净功)。
热机效率:制冷系数:
是指在两个温度恒定的热源(一个高温热源,一个低温热源)之间工作的循环过程。因为工质只与两个热源交换能量,所以,当工质脱离两热源时所进行的过程,必然绝热的准静态过程,因此,卡诺循环是由两个准静态的等温过程和两个准静态的绝热过程组成的.图6-15为理想气体卡诺循环的p-V图。
卡诺逆循环的制冷系数:
不可能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之会部变为有用的功,而不产生其他影响.
在这一叙述中,我们要特别注意“不产生其他影响”几个字.例如气体作等温膨胀,那么气体从一个热源吸取热量,全部转化为对外做功但在做功的同时,气体的体积膨胀了,压强降低又不能自动地回到原来的状态,这就是对外界有了影响.从文字上看,热力学第二定律的开尔文叙述反映了热功转化的一种特殊规律.
从上一节卡诺制冷机的分析中可以看出,要使热量从低温物体传到高温物体,靠自发地进行是不可能的,必须依靠外界做功,克劳修斯的叙述正是反映了热量传递的这程特殊规律,在热功转化这类热力学过程中,利用摩擦,功可以全部变为热:但是,热量却不能通过一个循环过程全部变为功.在热量传递的热力学过程中,热量可以从高温物体自动传向低温物体,但热量却不能自动从低温物体传向高温物体。
用反证法来证明两者的等价性。 假设开尔文叙述不成立,亦即允许有一循环E可以只从高温热源T,取得热量Q1,并把它全部转化为功A(图6-17).这样我们再利用一个逆卡诺循环D接受E所做的功A(=Q,),使它从低温热源T2取得热量Q2,输出热量Q,+Q2给高温热源,现在,把这两个循环总的看成一部复合制冷机,其总的结果是,外界没有对它做功而它却把热量Q,从低温热源传给了高温热源.这就明,如果开尔 文叙述不成立,则克劳修斯叙述也不成立,反之,也可以证明如果克劳修斯叙述不成立,则开尔文叙述也必然不成立·
解:(是用反证法)先假定两条绝热线1和2能相交于一点A,在图上一条等温线3,使它与两条绝热线组成一个循环,这个循环只有一个单热源,它把吸收的热量全部转化为做功,效率达到100%,并使周围没有变化,显然,这违反了热力学第二定律,显然,两条绝热线不能相交。
为了研究热力学过程方向性的问题而引入
设有一个过程,使物体从状态A变为状态B.对它来说,如果存在另一个过程,它不久使物体进行反向变化,从状态B回复到状态A,而且当物体回复到状态1时,周围一切也都各自回复原状,则从状态A进行到状态B的过程是个可逆过程.
反之,如对于某一过程,不论经过怎样复杂曲折的过程都不能使物体和外界回复到原来状态而不引起其他变化,则此过程就是不可逆过程。
系统和外界都复原
无摩擦力,粘滞力或其它耗散力做功引起系统机械能耗散的准静态过程是可逆过程
1.卡诺定理指出在同样的高低温热源(高温热源用表示 ,低温热源用表示)之间工作的一切可逆机,无论采用什么工作物质,效率都为;2.在同样的高低温热源之间工作的一切可逆机的效率,不可能高于(实际上是小于)可逆机,即
子主题2
一、熵
二、自由膨胀的不可逆性
三、玻耳兹曼关系
与外界没有能量交换的系统
在一个封闭系统中发生的任何不可逆过程都导致了整个系统熵的增加,系统的总熵只有在可逆过程中才是不变的。
一般来说,一个不受外界影响的封闭系统,其内部发生的过程,总是由概率小的到概率大的状态进行,由包含微观状态数目较少的宏观状态向包含微观数目多的宏观状态进行。
熵表示系统内部能量的退化和贬值。换而言之,熵是能量不可用程度的量度。能量不仅有形式上的不同,还有质的差别。
*四.熵增和热寂
一 耗散结构
二、信息熵