第五次课热力学基础1012
第一章 热力学基础(10-12)
δ Qr
T B δ Q r S B S A = S = ∫（ ) A T
二、熵变与不可逆过程热温商的关系 卡诺定理： 卡诺定理： δ Q1 δ Q2 两个热源之间进行的不可逆循环， 两个热源之间进行的不可逆循环， T + T < 0
1 2
推广：对于任意一个不可逆循环， 推广：对于任意一个不可逆循环，热温商的总 和小于零 B δ Q A δ Q δ Q
熵增和热寂说
热寂说： 世纪的一些物理学家 世纪的一些物理学家， 热寂说：19世纪的一些物理学家，把热力学第 二定律推广到整个宇宙， 二定律推广到整个宇宙，认为宇宙的熵将趋于 极大，因此一切宏观的变化都将停止， 极大，因此一切宏观的变化都将停止，宇宙将 进入“一个永恒的死寂状态” 进入“一个永恒的死寂状态”，这就是热寂说 。 讨论对象： 讨论对象：整个宇宙 宇宙是怎么产生的？ 宇宙是怎么产生的？ 宇宙目前是一个什么样的状态？ 宇宙目前是一个什么样的状态？ 未来的宇宙将达到什么样的状态？ 未来的宇宙将达到什么样的状态？
S = ∫
2 1
δ Qr
T
=∫
2 1
T2 C p , m dH dT =∫ T1 T T
T2 S = nC p ,m ln T1
既适用于可逆过 程，也适用于不 可逆过程。 可逆过程。
300 )J K 1 = 25.1J K 1 S = (3 × 29.1 × ln 400
（3）等容过程 ） 例1-4-3 2mol理想气体初态为200K，10dm3，经 过等容可逆过程升温到300K的终态，求此过程的 熵变，已知该理想气体的CV,m为24.3JK-1mol-1。 解：对于等容可逆过程， 对于等容可逆过程，
S = ∫
2 1
2024年度大学物理热力学基础PPT课件
18
绝热过程和多方过程
绝热过程
系统与外界无热量交换，内能变化只由做功引起。
多方过程
系统状态变化遵循一定的规律，如压强与体积的特定关系，可用于描述某些实 际过程。
2024/2/2
19
循环过程与热机效率
循环过程
系统经历一系列状态变化后回到初始状态，完成一个循环。
热机效率
热机从高温热源吸收的热量与向低温热源放出的热量之差与吸收的热量之比，反映了热机的性能。
15
热力学函数的计算与应用
热力学函数的计算
根据系统的状态方程和状态参量，可以计算各种热力学函数的值。此外，还可以通过实验测量某些热 力学函数的值。
热力学函数的应用
热力学函数在能源、环境、材料等领域有广泛应用。例如，利用热力学函数可以评估能源利用效率、 预测材料性能、优化工艺过程等。同时，热力学函数也为理解自然现象和生命过程提供了重要工具。
未来趋势
03
关注非平衡态热力学、微观热力学等领域的研究，探索新的理
论和应用。
5
本课程的学习目标和方法
学习目标
掌握热力学基本概念、定律和理论，了解热力学在各 个领域的应用。
学习方法
理论学习与实验相结合，注重理解和应用热力学原理 。
学习建议
多做习题，加强理解和记忆；关注热力学前沿动态， 拓宽知识面。
2024/2/2
铁磁物质的居里点转变。
2024/2/2
23
相平衡条件与相图分析
相平衡条件
多相系统中各相之间达到动态平衡的条 件，包括热平衡、力平衡和化学平衡。
单组分系统相图
2024/2/2
如水的P-T相图，展示了水的固、液 、气三相在不同温度和压力下的平衡
2024版大学化学热力学基础课件
大学化学热力学基础课件contents •热力学基本概念与定律•热力学基本量与计算•热力学过程与循环•热力学在化学中的应用•热力学在物理化学中的应用•热力学在材料科学中的应用目录01热力学基本概念与定律孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类状态函数与过程函数状态函数描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。
状态函数的变化只与系统的初、终态有关，与过程无关。
过程函数描述系统变化过程的物理量，如热量、功等。
过程函数的变化与具体的路径有关。
能量守恒定律能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
热力学第一定律表达式ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸热并全部转化为有用功而不引起其他变化。
熵增原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统无序度增加。
02热力学基本量与计算温度是表示物体冷热程度的物理量，是热力学中最重要的基本量之一。
温度的概念温标的定义温度的测量温标是用来衡量温度高低的标准，常见的有摄氏温标、华氏温标和开氏温标等。
温度的测量通常使用温度计，其原理是利用物质的热胀冷缩性质或其他物理效应来测量温度。
030201温度与温标压力的概念压力是单位面积上受到的垂直作用力，是描述气体状态的重要物理量。
体积的概念体积是物体所占空间的大小，对于气体而言，体积通常是指气体所充满的容器的容积。
压力与体积的关系在温度不变的情况下，气体的压力与体积成反比关系，即波义耳定律。
压力与体积030201热量的概念热量是物体之间由于温差而传递的能量，是热力学中重要的基本概念之一。
功的概念功是力在力的方向上移动的距离的乘积，是描述系统能量转化或传递的物理量。
热力学基础知识讲解共37页文档
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
2024版大学物理课件新热力学基础课件
01孤立系统与外界既无能量交换也无物质交换的系统。
02封闭系统与外界有能量交换但无物质交换的系统。
03开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
热力学系统及其分类热力学平衡态与状态参量热力学平衡态在不受外界影响的条件下，系统各部分的宏观性质长时间内不发生变化的状态。
状态参量描述系统状态的物理量，如体积、压强、温度等。
热力学第零定律如果两个系统与第三个系统各自处于热平衡，则两个系统之间也必定处于热平衡。
温度概念温度是表示物体冷热程度的物理量，是物体分子热运动平均动能的标志。
热力学第一定律热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
能量守恒在一个孤立系统中，不论发生何种变化或过程，其总能量始终保持不变。
热力学第二定律表述及意义热力学第二定律的两种表述开尔文表述和克劳修斯表述，分别阐述了不可能从单一热源吸热并完全转化为有用功而不引起其他变化，以及热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。
热力学第二定律的意义揭示了自然界中宏观过程的方向性，指出了与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
熵增原理及熵判据应用熵增原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
熵是系统无序程度的量度，熵增加意味着系统无序程度增加。
熵判据应用利用熵判据可以判断过程进行的方向和限度。
对于孤立系统，如果过程的熵变小于零，则过程不可能自发进行；如果过程的熵变大于零，则过程可以自发进行。
可逆过程与不可逆过程分析可逆过程系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都完全复原，则称该过程为可逆过程。
可逆过程是一种理想化的抽象过程。
不可逆过程在自然界中，一切实际宏观过程都是不可逆的。
不可逆过程具有方向性，不能自发地逆向进行。
热机效率及制冷系数计算热机效率热机是将热能转换为机械能的装置。
热机效率是指热机输出的机械能与输入的热能之比。
提高热机效率是热力学研究的重要课题之一。
物理热力学基础
Q CT2 T1 (过程量)
E
m
M
CV
,m
T2
T1
(状态量)
m M
i 2
RT2
T1
P
1
pV m RT
M
i 2
P2
V2
P1T1
V1 dV
2 V
V2
17
物理学
第五版
热力学基础复习
2、热力学第一定律及其应用
Q E A
第一定律的符号规定
Q
E
A
+ 系统吸热 内能增加 系统对外界做功
系统放热 内能减少 外界对系统做功
2、掌握热力学第一定律，熟练分析、计算理 想气体等值和绝热过程中功、热量和内能。
3、理解循环过程和卡诺循环及其效率
4、理解热力学第二定律的不同叙述，实质； 熵的概念、熵增加原理；第二定律的微观解 释。理解可逆过程和不可逆过程。
16
物第理五版二学 、基本内容
热力学基础复习
1、功、热量、内能
A PdV (PV曲线下的面积，过程量)
扩散过程
自发
V 外力压缩 V V
一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
有序和无序的概念。 在热力学中，序：区分度。
6
物理学
11-3 热力学第二定律的统计意义
第五版
不可逆过程的统计性质
（以气体自由膨胀为例）
一个被隔板分为A、B相等两部分的容器， 装有4个涂以不同颜色分子。
开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子 将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。隔 板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形 如下图所示：
k
ln
2 1
05133_大学物理《热力学基础》课件
2024/1/26
1
目 录
2024/1/26
• 热力学基本概念与定律 • 热量传递与热机效率 • 熵增原理与热力学第二定律 • 理想气体状态方程及应用 • 相变与临界点现象 • 实际气体性质及近似方法
2
01
热力学基本概念与定律
2024/1/26
3
热力学系统及其分类
与外界既有能量交换又有 物质交换的系统。
范德华方程是描述实际气体状态的一个方程，它考虑了分子间的相互作用力和分子本身
的体积，能够更准确地描述实际气体的性质。
范德华方程的应用范围
范德华方程适用于中低压、中低温的实际气体，对于高压、高温或极低温的情况，需要 使用更精确的方程来描述。
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范德华方程的局限性
范德华方程虽然比理想气体方程更精确，但仍然是一种近似方法，对于某些特殊情况可 能不够准确。
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热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统达到 热平衡，那么这两个系统之间也将达 到热平衡。
温度概念
表征物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
6
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
2 3
沸腾
物质在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现 象，需要吸收大量热量，使液体内部形成气泡并 上升至液面破裂。
凝结
物质从气态转变为液态的过程，需要释放热量， 气相中的分子聚集成团，最终形成液滴。
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27
06
实际气体性质及近似方法
大学物理《热力学基础》课件
大学物理《热力学基础》课件一、教学内容1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
二、教学目标1. 掌握热力学基本概念，理解温度、热量、内能、熵等物理量的意义；2. 掌握热力学第一定律，了解做功和热传递在能量传递中的作用；3. 理解热力学第二定律，认识熵增原理及其在实际应用中的重要性；4. 掌握热力学第三定律，了解绝对零度的概念及其对热力学的影响；5. 熟练运用热力学基本方程，分析实际热力学问题。
三、教学难点与重点重点：热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学基本方程；难点：熵增原理的理解，热力学过程的可逆性与不可逆性，绝对零度的概念及应用。
四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、多媒体课件；2. 学具：笔记本、笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过讨论日常生活中的热现象，如热水沸腾、冰块融化等，引导学生思考热力学基本问题；2. 讲解热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等，结合实例进行解释；3. 讲解热力学第一定律：能量守恒定律，通过示例分析做功和热传递在能量传递中的作用；4. 讲解热力学第二定律：熵增原理，讨论热力学过程的可逆性与不可逆性，结合实际例子阐述其重要性；5. 讲解热力学第三定律：绝对零度的概念，分析熵与温度的关系；6. 讲解热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律，通过例题展示如何运用热力学基本方程分析实际问题；7. 随堂练习：布置几道有关热力学基本概念、定律和方程的题目，让学生现场解答，教师点评并讲解；8. 课堂小结：回顾本节课的主要内容，强调热力学基本概念、定律和方程的重要性。
六、板书设计1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
第五热力学基础
一、热学的研究对象及其特点 热物理学是研究有关物质的热运动以及与热 相联系的各种规律的科学。它与力学、电磁学及 光学一起共同被称为经典物理四大柱石。 宏观物质，由大量微观粒子组成，微观粒子 （例如分子、原子等）都处于永不停息的无规热 运动中。布朗粒子的无规则运动。 正是大量微观粒子的无规热运动，才决定了宏 观物质的热学性质。 热物理学渗透到自然科学各部门，所有与热相 联系的现象都可用热学来研究。
温度的概念较复杂，它的本质与物质分子的热运 动有密切的关系。温度的高低反映分子热运动的激 烈程度。在宏观上，我们可以用温度来表示物体的 冷热程度。温度的数值表示方法叫作温标，常用的 温标有：
（1）热力学温标T，SI制，单位：K(开尔文)
（2）摄氏温标t，单位：º C(度)，规定：纯水的冰点 和沸点温度分别为0º C和100º C。
二、宏观描述方法与微观描述方法
1、宏观描述方法：热力学方法 热力学是热物理学的宏观理论，它从对热现象 的大量的直接观察和实验测量所总结出来的普适的 基本定律出发，应用数学方法，通过逻推理及演绎， 得出有关物质各种宏观性质之间的关系、宏观物理 过程进行的方向和限度等结论。 热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要 在数学推理过程中不加上其它假设，这些结论也具 有同样的可靠性与普遍性。 对于任何宏观的物质系统。不管它是天文的、 化学的、生物的……系统，也不管它涉及的是力学 现象、电学现象……只要与热运动有关，总应遵循 热力学规律。
I (P 1 , V! , T 1)
P2
II ( P2 ,V2 , T2 )
V1
O
V2
V
3．热力学第零定律
在不受外界影响的情 况下，只要右图中A和B 同时与C处于热平衡，即 使A和B没有热接触，它 们仍然处于热平衡状态， 称为热力学第定律告诉我们，互为热平衡的物体 之间存在一个相同的特征——它们的温度相同。因 而也称之为热平衡定律。
大学化学热力学基础课件
大学化学热力学基础课件一、教学内容本节课的教学内容选自人教版《大学化学》的第五章热力学基础。
该章节主要内容包括热力学第一定律、热力学第二定律和熵的概念。
具体讲解如下：1. 热力学第一定律：能量守恒定律，指出在一个封闭系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，系统的内能变化等于系统所吸收的热量减去系统对外做的功。
2. 热力学第二定律：熵增定律，指出在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，即自然界的过程总是向着熵增加的方向进行。
3. 熵的概念：熵是衡量系统无序程度的物理量，是一个系统在热力学平衡状态下的状态函数。
二、教学目标1. 理解热力学第一定律和第二定律的基本概念和原理。
2. 掌握熵的概念及其在热力学中的应用。
3. 能够运用热力学基本定律分析实际问题，提高解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：热力学第一定律和第二定律的基本概念和原理，熵的概念及其在热力学中的应用。
难点：热力学定律在实际问题中的应用。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
学具：教材、笔记本、笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：以日常生活为例，如烧水、做饭等，引导学生思考这些现象背后所蕴含的热力学原理。
2. 知识讲解：讲解热力学第一定律、第二定律和熵的概念，通过举例和实例让学生理解这些基本原理。
3. 例题讲解：选取具有代表性的例题，讲解热力学定律在实际问题中的应用。
4. 随堂练习：为学生提供一些实际问题，让学生运用所学的热力学定律进行分析和解答。
5. 知识拓展：介绍热力学在现代科学技术中的应用，如热力学在能源、环境等领域的重要性。
六、板书设计板书内容主要包括热力学第一定律、第二定律和熵的概念，以及这些定律在实际问题中的应用。
板书设计要简洁明了，突出重点。
七、作业设计1. 请简述热力学第一定律和第二定律的基本概念和原理。
2. 请解释熵的概念及其在热力学中的应用。
3. 请举例说明热力学定律在实际问题中的应用。
课件：第五章 热力学基础-01
V2
解： A p dV
V1
（直线AB下的面积 A S ）
P(1105 Pa)
A 2
1 O2
B
V (1103m3)
3
A 1 (1 2) 105 (3 2) 103 150 J 2
过程由 A B 膨胀，气体对外作正功 A 0
Beijing Information Science & Technology University
等于
这一过程中功的大小 （注意功的正负） （膨胀或者压缩）
P
P1 1 dA PdV
P2 O V1
2
V2 V
P
P1
1
A V2 PdV V1
P2 O V1
2
V2 V
Beijing Information Science & Technology University
第五章 热力学基础
讨论
等温过程
第五章 热力学基础
讨论
等容过程
等容过程中，系统吸收的热量
全部用于增加气体的内能，气
体不对外界做功。
A0 i
Q E2 E1 2 νR (T2 T1)
i 2
M M mol
R(T2 T1)
注意三个量的特征
恒
温 dV 0
热 源
P
P2
2
P1
1
O
V
Beijing Information Science & Technology University
dQ
2 νRdT
i
νRdT
2
P 1
P
O V1
2
V2 V
气体由状态 1变化到状态 2，温度由T1 变化到T2
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热力学第二定律的开尔文说法
1851年 Lord, Kelvin
“不可能从单一热源吸取热量使之完 全变为功而不产生其它影响。”
9世纪乌云》
卡诺循环的热温商之和等于零
Q1 Q2 0 T1 T2
从一个被吸收另一个被释放的意义上 来说，温度T1的热量Q1等效于温度T2的 热量Q2。这就启发了我们，如果称Q/T 为某个量，就可以说：在可逆过程中， 吸收和放出的Q/T是一样多；Q/T既不增 加也不减少。在此首先将Q/T这个量称为 热温商，后边会给它一个大名：熵
用的净结果是：由T2热库中取出热量， 并把它变为功 W’-W
违背卡诺对热机必须工作与两个热源之 间的认识，或者说违背了热力学第二定律
卡诺的光辉结论
• 如果一台热机是可逆的，那么不管它是怎样设计的， 都不会有任何不同——人们得到的功与热机的设计 无关，与工作介质无关 • 在两个不同温度的热源之间工作的所有热机，以可 逆机做功最大，因而效率最高 物质的性质必然有一定的限制。人们不能要求 任何想要的东西，不可能发明一种物质，使这种物 质经过一个可逆循环后，得出比所允许的最大值还 大的功。这时热力学告诉我们的自然界的原则
源头
热力学第二定律的开尔文说法 卡诺定理 卡诺循环，热温商之和为零 任意循环，热温商的积分为零 引入熵
结果
计算熵，应用熵
热力学第二定律的表述
开尔文（Kelvin, Lord）说法
1851年，英国物理学家Kelvin（18241907）从热功转化的角度提出了热力学 第二定律的另一种说法。“不可能从单 一热源吸取热量使之完全变为功而不产 生其它影响。”
卡诺热机的效率
• 由于卡诺热机的效率与工作介质无关，所以我们可 以选择一种由特定工作介质构成的可逆机，来计算 卡诺热机的效率。这种特定的介质，我们选择理想 气体，因为已经知道它的规律
• 以理想气体为工作介质的卡诺热机称为理想热机
计算理想热机的效率，就可以得到卡 诺热机的效率
理想热机的效率
（1）等温（T1）可逆膨胀由p1V1到p2V2（A→B）
dS
Qr
T
1854年，Clausis发现了状态函数熵,将它命 名为entropy,从希腊字tropy变化而来，意思是 transformation，因为熵与将热转变为功相关
从状态1到状态2的熵变为：
S S 2 S1 1
2
Qr
T
熵是广度性质的状态函数。单位：J· K-1
至此从热力学第二定律引入了熵，并且证 明了熵是状态函数。回顾推理思路：
需要注意的一点是在卡诺定理提出时，热力学第 一定律还没建立 存在的问题：热质说
Levine在《physical chemistry》说卡诺使 用了热质说，因而卡诺定理的推导是不正确的， 虽然结论正确
Feynman在《Feynman Lectures on Physics》中说卡诺定理的推导是正确的，并没 有使用热质说
1
等温可逆膨胀 Q1 W1 nRT1 ln(V2 V1 ) 绝热可逆膨胀 Q
0,W 2 U 2 nC V ,m (T2 T1 )
2
3 4
等温可逆压缩 Q2 W3 nRT2 ln(V4 V3 ) 绝热可逆压缩
Q 0,W4 U 4 nC V ,m (T1 T2 )
猜想这样的一个量S
Q S T
Q T
在历史上，这个量是如何出现的？
回到蒸气机时代
• 1769年，瓦特改进了蒸汽机，提高了蒸汽机的效率。 广泛的用于矿山、工厂、交通运输：1807年，福尔顿， 蒸气机船；1829年，史蒂芬孙，蒸气机车； • 热机效率 ～5% W / Q
• 如何提高热机效率呢？问题的提出
U CV T V
H CP T P
U P T P V T T V
H V T V P T T P
H C p JT P T
V T P
Linde制冷机工作过程
依赖于焦耳-汤姆逊效应来液化工作介质 制冷机是一台热机：将热从低温物体传到高温物体
熵的导出
car
W Q1 Q1 Q2 T1 T2 T2 1 Q1 T1 T1
Q2 T2 1 1 Q1 T1
Q1 Q2 0 T1 T2
• 最好的热机肯定要无摩擦；卡诺进一步假设：热量 的传递也是可逆的，即热量无限小的变化，就能使 热机沿相反方向运行——可逆热机 • 一台热机需要连续循环的工作：比如四冲程的发动 机
进气冲程：燃料与空 气的混合气体通过进气门 注入气缸 压缩冲程：混合气体 被压缩 做功（点火）冲程： 混合气体在接近压缩冲程 顶点时被火花塞点燃 排气冲程：燃烧过的 废气通过排气门排出气缸
“不可能把热从低温物体传到高温物体而 不产生其它影响。” Clausius的说法反映了传热过程的不可逆性
kelvin说法与Clausius说法的等价性
由kelvin说法导出Clausius说法
由Clausius说法导出kelvin说法
热力学第二定律和第一定律一样，是 建立在无数客观事实的基础上的，是人类 长期实践和科学实验的总结。 第一定律告诉我们，为了对外做功必 须有等量的能量输入；第二定律表明，经 过一个循环过程，不可能将分子随机运动 的热能全部转变为功 The first law says you cannot win; the second law says you cannot break even.
U 3 0 W3 nRT2 ln(V4 V3 ) Q2 Qc W3
环境对体系所作功如CD 曲线下的曲边梯形面积 所示。
（4）绝热可逆压缩由p4V4T2到p1V1T1(D→A)
Q 0 W4 U 4 nCV ,m (T1 T2 )
环境对体系所作的功如 DA曲线下的曲边梯形 面积所示。
C p CV ( / )TV
2
4.自发过程 自发变化的方向：导致总能量无序分 散的变化方向
本节课重点讲解“熵”这个概念 的引入 然后讲述热力学第二定律
关于第一定律和第二定律的谚语：
The first law says you cannot win; the second law says you cannot break even.
U1 0
W1 nRT1 ln(V2 V1 )
Q1 Qh W1
所作功如AB曲线下曲 边梯形的面积所示。
（2）绝热可逆膨胀由p2V2T1到p3V3T2 (B →C)
Q0
W2 U 2 nCV ,m (T2 T1 )
所作功如BC曲线下的
曲边梯形的面积所示。
（3）等温（T2）可逆压缩由p3V3到p4V4 (C→D)
U 0 V T
T JT P H
H f (T , p) H H dH dp dT T p p T
3.认识几个偏导数
U f (T ,V ) U U dU dT dV T V V T
任意的可逆循环： 可以分成无限多的小卡 诺循环
在极限情况下
Qr
T
0
任意可逆循环的热温商之和等于零
因为
所以
Qr
T
2 1
2
Qr
T
a
1
a
2
1 2
Qr
T
b
0
b
Qr
T
Qr
T
1
在两个指定的状态之间，可逆过程 热温商的积分与路径无关
某个量的积分与路径无关，那么这个量是某 个状态函数的全微分：状态函数为S
如何构造可逆机的一个循环？
1.可逆的吸热、放热 2.热只在两个热源处传递
卡诺循环
1.等温可逆膨胀：吸热Q1 2.绝热可逆膨胀 3.等温可逆压缩：放热Q2 4.绝热可逆压缩 沿ABCD进行：从T1吸 热Q1，放热Q2到T2,对外 做功W
由于是可逆热机，过程可逆：如果循环反向进行 ADCB：则从低温热源T2吸热Q2,外界做功W，向高 温热源放热Q1
对于整个循环过程:
U 0
Q Q1 Q2
W W1 W2 W3 W4
U 0
Q Q1 Q2
W W1 W2 W3 W4
Q W
卡诺热机的效率:
car
W Q1 Q2 Q1 Q1
car
W Q1 Q2 Q1 Q1
“The beauty and clearness of dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds”
可逆热机 构造一个循环
• 热机模型：使热转变为功的装置； 18世纪当时人们已经意识到，要使热转 变为功必须有两个热源 • 抽象模型
课上练习
1.能用W nCV ,m (T2 T1 ) 来计算功的过程的是：
A.实际气体的绝热过程 C.理想气体的绝热过程 B.实际气体的等温过程 D.理想气体的等温过程
复习：
1.绝热过程的功 绝热过程方程，绝热等压膨胀过程 末态温度
2.从Joule实验到Joule-Thomson实验为实 验的设计和改进提供思路
Kelvin 说法反映了功转变为热这一过程的不可逆 性。 所谓第二类永动机是指从单一热源吸热并全部 转变为功的机器。奥斯瓦尔德(Oswald）将开尔文 的说法表述为：第二类永动机是不可能实现的。这 称为热力学第二定律的否定说法