大学物理演示动画--第一类永动机-
《大学物理AI》课程教学大纲
《大学物理AI》课程教学大纲2016年5月制定 2016年 5 月第 0 次修订制定人：王志萍一、课程名称及代码课程名称：大学物理AI课程代码：BAA012001二、适用教育层次及专业教育层次：高职本科适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、电气工程及其自动化、物联网工程、软件工程三、学分、学时学分数：3.5 学时数：56四、课程类型课程性质：公共课课程类别：纯理论课五、先修课程名称及代码高等数学AI（BAA011001）六、教学目标《大学物理》课程是我院高职本科工科各专业的一门必修的重要公共基础课。
通过这门课程的学习，将为工科各专业课及其技术基础课打好基础，传授必需通用的物理基础知识，培养科学思维和利用物理规律解决实际问题的初步能力。
为学生学习专业理论和专业技术打好必要的物理基础。
由于物理学在自然科学中的基础地位和与社会科学的联系，以及物理科学对人的思维训练和能力形成有很大的影响，因而它在人才培养中起着十分重要和独特的作用，对培养高级工程技术人才起至关重要的作用，必须引起充分的重视。
1．知识目标1）掌握描述质点运动的物理量。
掌握牛顿三定律及其适用条件。
掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法。
2）理解刚体绕定轴转动的转动定律和刚体绕定轴转动情况下的角动量守恒定律。
3）通过把力学的研究对象抽象为三个理想模型，质点、刚体和理想流体，学会建立模型的科学研究方法。
4）注意学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。
5）掌握描述简谐振动和简谐波的各物理量（特别是相位）及各量间的关系。
6）掌握线性运动叠加原理，通过在周期性外力作用下阻尼摆的混沌现象分析了解非线性问题的特征。
7）理解气体动理论和热力学基础的基本概念及基本规律。
8）通过理想气体的压强和气体分子平均自由程等公式的建立，进一步理解科学研究的建模方法。
9）理解和掌握熵增加原理是自然界（包括自然科学和社会科学）最为普遍实用的定律之一。
10）了解物理学原理在现代工程技术中的应用。
大学物理第二十四讲 热力学第一定律、摩尔热容PPT课件
U
CV ,mT
i 2
RT
3104 J
2. Qp Cp,mT Cp,m (T2 T1) Cp,m (t2 t1)
t2
t1
Qp
Cp,m
t1
2Qp
(i 2)R
36C
t1 0C
19
例：热力学系统经历如图所示过程后回到初态a。设过 程 abc 中吸热600 J；过程 cda 向外放热450J，对外做 功-150J，求系统在 abc 过程中内能的增量及对外做功。
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
R(T2
T1)
o
VV
●等容过程中系统从外界吸收的热量全部转化为
系统的内能。
10
三、等压过程
dp 0
pV RT U i RT
2 Q U A
U
i 2
R(T2T1)ppA V2 V1
pdV
p(V2
V1 )
A
R(T2 T1)
o
V1
V2 V
Qp
U
A
i 2
R(T2
T1)
R(T2
T1)
Tb 2Ta Tc , Td Ta , Vc V3 4V1
所以
U
i 2
R(Td
Ta )
0
p
p2 a
Aab p2 (V2 V1) 2 p1V1 2 RTa
Abc
RTb
ln
Vc Vb
2 RTa
ln 2
p1
o V1
Acd p1(V2 V3 ) 2 p1V1 2 RTa
b 等温线
第一类永动机
第一类永动机展开全文某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。
这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。
案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
以往热的单位是cal（卡），功以erg（尔格）为单位，焦耳的实验结果为1cal=4．184×10^7erg，这就是著名的热功当量。
能量守恒转换定律的建立，对制造永动机的幻想作了最后的判决，因而热力学第一定律的另一种表述为：“不可能制造出第一类永动机”。
基本信息•中文名：第一类永动机•类别：永动机•释义：不吸热而向外放热或作功•定位：机器相关推荐•第二类永动机•反重力原理•视错觉•热力学第二定律•热力学三大定律•紫外灾难•热寂•熵增原理•比荷•硝烟反应•姆潘巴现象•电功•等离子态•理想流体•氦闪•玫瑰线•热力学第一定律•克拉伯龙方程•波义耳定律•熵增加原理简介某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。
这种机器正在加载查看图片集不消耗任何能量,却可以源源不断的对外做功。
发展历史欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。
正在加载查看图片集如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。
方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。
这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。
仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。
于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在右图中所画的位置上。
热力学发展初期，热和机械能的相互转化是人们研究的主题。
大学物理 第八章 热力学基础
CV
2019/5/21
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§8.2 热力学第一定律
热力学基础
§8.2.1 热力学第一定律 本质：包括热现象在内的能量守恒和转换定律。
E2 E1 W Q (E2 E1) W E W
Q
dQ dE dW
Q
E E2 E1
W
+ 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
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热力学基础
热力学第一定律适用于任何系统(气液固)的任何过 程(非准静态过程也适用),
Q E PdV
热力学第一定律的另一叙述：第一类永动机 是不可 能制成的。
第一类永动机：Q = 0， E = 0 ，A > 0的机器;
过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对 气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体 吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中 一定有（ A ）
A．Q1—Q2=W2—W1 ; B．Q1=Q2
C．W1=W2 ;
D．Q1>Q2
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【例8-4】如图,一个四周绝热的气缸热,力中学基间础 有 一固定的用导热材料制成的导热板C把气缸分 成 A.B 两部分,D是一绝热活塞, A中盛有 1mol He, B中盛有1mol N2, 今外界缓慢地
等压膨胀过程 V2>V1 , A>0 又T2>T1, 即E2-E1>0 ∴Q>0 。气体吸收的热量，一部分用于内能的增加，
一部分用于对外作功；
等压压缩过程 A<0 ， T2<T1, 即E2－E1<0 ∴Q<0 。
大学物理热力学基础-准静态过程-功-热量内能
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静 态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变 化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变 化，则该过程也不是准静态过程。
例如：气缸活塞压缩的速
度过快，气体的状态发生
变化，还来不及恢复，P、
F
V、T 无确定关系，则此过
程为不是准静态过程。
3
PA
量为0。 dT 0 2.过程方程 PV C
恒 温 源 T
P 1
P1
3.过程曲线
4.功 A V2 PdV V1
P2 o V1
T
2 V2 V
17
由理想气体状态方程
P m RT
V
RT
V
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
等温过程的功
A RT ln V2 m RT ln V2
m RT ln P1
P2
19
三、等压过程
1.过程特点
系统的压强不变 dP 0
P
2.过程曲线
3.内能增量
E m i RT
2
1
2
P
4.功 压强不变
o
V1
V2 V
A
V2 V1
PdV
P
V2
V1
dV
P (V2 V1 )
PV
20
5.热量
QP E A
m
14
热力学第一定 律在等值过程
中的应用
15
一、等容过程
1.过程特点
V
系统的体积不变 dV = 0
系统对外做功为0 dA = 0 2.过程曲线
永动机原理
永动机原理引言永动机是指一种可以永远运转而不需要任何外部能源的理论机器。
虽然科学界普遍认为永动机是不可能存在的，但是人们对于制造一个真正的永动机一直有着浓厚的兴趣和探索的动力。
在本文中，我们将探讨永动机的原理以及为何永动机是不可能实现的。
永动机的定义永动机是指一种能够自行产生足够能量来推动自身运转的机器。
这个概念最早出现在18世纪，当时许多人认为永动机的发明将会对工业革命产生巨大的影响，甚至会改变整个世界。
第一类永动机：违反能量守恒定律第一类永动机是指那些违反能量守恒定律的设备。
这些设备声称可以从一种能源中提取能量，然后将其完全转化为另一种形式的能量，并将多余的能量输出。
然而，这种设备违背了能量守恒定律，即能量不能被创造或者毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
因此，第一类永动机是不可能存在的。
第二类永动机：违反热力学第二定律第二类永动机是指那些违反热力学第二定律的设备。
热力学第二定律规定，任何一个孤立系统内熵的增加是不可逆的，即系统中的有序性会趋向于无序性的增加。
这个定律也被称为熵增原理。
第二类永动机声称可以将热能完全转化为机械能，并且不会产生任何的熵增。
然而，这也是不可能的，因为热力学第二定律的适用性是普遍的。
永动机的研究和探索尽管永动机被认为是不可能实现的，但是对于制造永动机的探索和研究一直在进行。
一些人坚信自己可以打破现有的物理定律，创造出真正的永动机。
然而，每一次实验和研究都遵循了能量守恒定律和热力学第二定律，结果都证明了永动机的不可能性。
结论综上所述，永动机是一种根据能量守恒定律和热力学第二定律判断不可能存在的设备。
无论是违反能量守恒定律还是违反热力学第二定律，永动机的原理都是行不通的。
虽然人们对制造一个真正的永动机充满了无限的憧憬，但是现有的科学定律和原理一致地认为永动机是不可能实现的。
如果你想了解更多关于永动机的信息，推荐阅读热力学、能量守恒定律相关的书籍和论文，以深入理解这个领域的基本原理和现有的科学知识。
第三类永动机
第三类永动机别莱利曼在《趣味物理学》中写了不少关于永动机的故事。
有一个人生城建成了永动机，呼吁专家去鉴定。
后来真的去了一伙人参观，那人抬出来一个看起来挺复杂的装置，费了几个牛的力气,把机器发动起来。
遗憾的是，只转了一小会儿,就停了下来。
那人接着折腾，折腾到最后，很不好意思地对大家说：它总是发脾气。
（别莱利曼，1979）第一类永动机和第二类永动机永动机是人类的一个梦想,而且是建立在科学之上的梦想——虽然现在被看成是伪科学了——因为所有的永动机探索者在涉及他们的机器时，依据的都是某种科学的原理，而不是神秘的超自然力.最初，这些科学爱好者是想造出“东东1”：一个循环系统，能够实现自循环，并且在每一次的循环中,除了产生维持其自身运转的能量，还多少有点富裕.这样,就可以源源不断地向系统之外输出能量，不光是人，那些大牲口，什么骡子啊，马啊，都可以歇歇了.这个东东将给野外科考队员提供极大的方便，无论走到哪里,帐篷支起来，把东东1一架,所有的灯都亮了，比电池方便多了,而且环保。
当然了,在家也可以用啊，无论是水电站还是核电站，都不用建了！梦想固然很好，不过，已经创造了很多奇迹的科学，这回不灵了。
永动机爱好者几乎尝试了所有的科学的现象,什么电啊、磁啊、毛细现象啊;什么杠杆啊、滑轮啊、斜面啊,没有一个成功的。
再到后来，物理学家给出了一个能量守恒定律,这个定律宣判：东东1造不出来。
能量守恒定律现在也叫做热力学第一定律——可见热力学不只有一个定律—-我们简称它热一律吧！刚开始的时候，总有人不相信它——到现在还有人步信,所以接着试，屡战屡败,屡败屡战，总有人不甘心.不管怎么说，永动机是个多么美好的梦想啊！王力雄在小说《永动机患者》中就写了一个执着的农民，他就是要造出永动机，他相信，永动机开转之日,就是家乡人民脱贫之时!美好的梦想要靠科学来实现，于是又有人想出“东东2",它能够吸收空气（或者海水，或者别的东西）中的热量，转化成电能（或者其他可用的能量），转化出来的灯与吸收过来的，所以不违背热一律。
大学化学《物理化学-热力学第一定律及其应用》课件
(1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' ； (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " ；
(3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2 。
We,3 p '(V 'V1)
p"(V "V ')
p
p1
p1V1
p2 (V2 V ")
p'
所作的功等于3次作功的加和。p "
p 'V ' p"V "
可见，外压差距越小，膨 p2 胀次数越多，做的功也越多。
V1 V ' V "
p2V2
V2 V
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2024/9/13
功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p' p1
V"
V1
V'
p
p1
p1V1
p2
V2
p'
p 'V '
阴影面积代表We,3
p"
p"V "
p2
p2V2
上一内容
下一内容
V1 V ' V "
第三步：用 p1 的压力将体系从V ' 压缩到 V1 。
p
W' e,1
p"(V "
V2 )
p1
p1V1
p' (V ' V ")
p'
p 'V '
p1(V1 V ' )
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V2 V
举例说明永动机是不可能制成的
一、永动机的界定永动机是一类不需外界输入能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。
不消耗能量而能永远对外做功的机器，它违反了能量守恒定律，故称为“第一类永动机”。
在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。
这两类永动机是违反当前客观科学规律的概念，是不能够被制造出来的。
综上可知永动机就是能够创造能量或热量的机器，热量也是能量的一种，想100%利用热量是不可能的，就如能量的转化是有条件的，不可能100%的。
第一类永动机是想创造能量，第二类永动机是想100%转化能量，事实证明这是不可能的。
创造能量就如创造宇宙，在现有的物理基础和哲学基础都是不可能完成的事。
二、为什么永动机无法制成1.1第一类永动机最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。
历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。
十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。
创造量子都难，更别说创造能量除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功。
1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。
热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。
大学物理热力学基础.
11.01310522.4103
22.7102(J)
Qacb Acb
V(l)
7-3 气体的摩尔热容量
一、热容与摩尔热容的定义： 热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温
度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量（C）
dQ
C dT
表示升高1K所吸收的热量
J K1
单位质量的热容量叫比热容。 CMC比 JK1kg1
摩尔热容量：1 mol 物质的热容量（Cm）
M C Mmol Cm
1mol 物质温度升高1K时所吸收的热量。
JK1mo1
二、理想气体的摩尔热容量
1、理想气体的定容摩尔热容：
dQ CV ( dT )V
( dE dT
)V
理想气体 dE i RdT
2 3
单原子理想气体 CV 2 R
双原子理想气体
1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程
dA PdV dE M M moC lVdT (1)
理想气体状态方程
PV M RT Mmol
对其微分得:
M
PdVVdP RdT Mmol
(2)
联立（1）（2）得：
dP dV0 PV
PV con. s(3t)
（泊松公式）
将 PV cons.与t PV M RT联立得:
准静态过程是一种理想的极限。
三、准静态过程的功和热量
1、体积功的计算
dl
➢当活塞移动微小位移dl 时， 系统对外界所作的元功为：
p F S
➢系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：
A dA V2pdV V1
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功；
例：有1mol理想气体 （1）a b等温，
第一类永动机
第一类永动机说到第一类永动机，我们就不能不提到热力学第一定律，即能量守恒定律。
热力学第一定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中，能量的数量不变。
其数学描述为：U2-U1=Q+W，其中的Q和W分别表示在状态变化过程中系统与外界交换的热量以及系统对外界所做的功，U2-U1表示能量的增量。
接下来让我们看一下第一类永动机的定义，即某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”，这种机器不需要外界提供能量，却可以源源不断的对外做功。
显然，第一类永动机违反热力学第一定律。
任何定律从提出开始就会受到人们不断的质疑和挑战。
所以从热力学第一定律提出之后，人们提出了种种第一类永动机的设计方案。
以下我将介绍一下几种第一类永动机的设计方案。
（1）奥恩库尔的永动机13世纪有一个叫奥恩库尔的法国人，他在一个轮子的边缘上等间隔地安装了12根可活动的锤杆。
他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去。
分析：设想该机器置于真空当中，即运行时不受到空气阻力，但我们知道轮轴与转盘的接触面不可能绝对光滑，运行时势必会产生摩擦阻力，此时机械能转化成摩擦热能，机器将会慢慢停止。
此方案不可行。
（2）滚珠永动机滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远些的地方。
设计者以为在两边重球的作用下轮子会失去平衡而转动不息。
分析：滚珠式永动机的设计原理与奥恩库尔的永动机是相同的，都利用了轮新左右两边力矩不相等使轮轴不断转动。
该设想也同样无法解决摩察阻力的问题，且在运转时，可能会出现一个正好使得轴心左右两端力矩相等的位置，这是如果轮轴的角速度正好为零，则机器停止转动。
该设计也是失败的。
（3）软臂永动机1570年，意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。
大学物理@热力学第一定律1
热力学能增量
U 2 U1
整个过程系统从外界吸 热
m0 i 2 QP U 2 U1 A ( ) R(T2 T1 ) M 2
温度升高相同数值时， 等压膨胀过程中吸收的 热量 比等容过程吸热的热量 要多。
一、摩尔热容 C
系统在一个过程中从外 界吸热（放热） dQ，温度上升（降低） dT，定义：
•过程方程：
•热力学能、功和热量的变化
m0 i R(T2 T1 ) M 2
p1 p2 T1 T2 •特征：
系统对外界不作功，系 统吸收的热量全部用来 增加系统的热力学能。
dV 0, A pdV 0
QV U 2 U1
三、等压过程 定压摩尔热容
1、等压过程
•特点： •过程曲线：
求：气体分别在这两个 不同过程中从外界吸热 。 解：由理想气体状态方 程有
P
P 1V 1 nRT 1 P2V2 nRT2 且P2 2P ，V2 2V1，n 1 1 P2V2 4P 1V 1 4RT 1 RT 2
P2
P1
1
4
2
3
V1 T2 4T1
V2
V
同理可得 T3 T4 2T1
•气体膨胀时，系统对外界作功 气体压缩时，外界对系统作功 系统对外界所作的 •作功是改变系统热力学能的一种方法 •本质：通过宏观位移来完成的：机械运动→ 功等于pV 图上过 分子热运动 程曲线下面的面积
O V dV 1
V2
V
功是过程量
P
1 2
P
(P1 ,V1 )
A
V
A2
(P2 ,V2)
V
P
(P1 ,V1 )
永动机
永动机的骗局
• △自动轮骗局：1714年，德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自 动轮的永动机，原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动 缆绳运转的，整个事件是一个骗局。 • △王洪成骗局：中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方 案，他利用他设计的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转， 不久骗局被揭穿，他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的 一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。
永动机
永动机是一类所谓不需外 界输入能源、能量或在仅有一 个热源的条件下便能够不断运 动并且对外做功的机械。 ①不消耗能量而能永远对外 做功的机器，它违反了能量守 恒定律，故称为“第一类永动 机”。 ②在没有温度差的情况下， 从自然界中的海水或空气中不 断吸取热量而使之连续地转变 为机械能的机器，它违反了热 力学第二定律，故称为“第二 类永动机”。
第一类永动机
某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向 外放热或作功。这种机器不消耗任何能量，却可以 源源不断的对外做功。
（1）阿基米德螺旋永动机
斯特尔利用水槽流出的水冲击水 轮来转动，反而流回水槽的水越来 越少，很快水槽中的水就全部流回 下面的蓄水池，水轮机也就停止了 运动
（2）软臂永动机 设计者认为能缩短（弯曲）力臂 使机器获得转动，但是他没有想到 力臂虽然缩短了，阻力却增大了， 转轮只能停止在原地。 （3）奥恩库尔的永动机模型 轮轴与转盘的接触面不可能绝对 光滑，运行时势必会产生摩擦阻力， 此时机械能转化成摩擦热能，机器 将会慢慢停止。
Thank you
（4）滚珠永动机 这是因为它产生的势能小于 运动所产生的阻力，所以不能 够继续下去。
为什么人们想发明永动机
永动机如果发明出来了那么世界能源供应将会变得简单， 因为这个机器只靠热能就能源源不断的运动，那么就是说只 要有热能他就能自动的运动，所以就不用煤炭燃料了，也不 用电了，除了晚上，把他放在太阳下就能自己工作，所以就 可以源源不断的创造价值而不用消耗什么成本，如果每个人 都用了永动机那么就不需要开采煤矿了，也减少了发电了， 人类的物质生活更丰富了，人们生活过的更好了
大学物理电学ppt课件
功、热量、内能
（5）内能 热力学系统在一定的状态下，具有一定的能 量，称为热力学系统的内能。 内能的变化只决定于始末两个状态，与所经 历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数。 若不考虑分子内部结构，实际气体的内能就 是系统中所有分子的热运动能量和分子间相互作 用的势能的总和,对理想气体,忽略分子之间的相 互作用力,内能是温度的单值函数。
大学物理电学
系统 所研究的物体（气体、液体或固体） 外界 与系统发生作用的环境
作功 作功 作功
外 界
外 界
无质量 交换 传热
外 界
无质量 交换 无热交换
外 界
无质量 外 交换 界
传热 质量 交换
无能量 交换
开放系统
封闭系统
绝热系统
孤立系统
热力学过程
(系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平 衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平 衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。)
qIt
电力的功为
2 A I ( V V ) t I Rt 1 2
宏观功：通过宏观的有规则运动（如机械运动、电 流）来完成的能量交换统称宏观功。
功、热量、内能
（4）热量
系统和外界温度不同，就会传热，或称热量交 换，热量传递可以改变系统的状态。 微观功：通过分子的无规则运动来完成的能量交 换称为微观功（正负规定）。 做功、传热导都是过程量。
P
u
பைடு நூலகம்
F
dl
1
2
准静态过程（状态1到状态2）气 体对外界做功：
A A d V d P
V 1 V 2
O
V2 V
准静态过程（状态1到状态2） (功的正负?循环过程的功?) 气体对外界做功与过程有关。
大学物理演示动画--第一类永动机-
永 动 机 的 设 想 图
4
第一类永动机[演示动画]
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今天是2020年6月20日星期六
大学物理演示动画
--第一类永动机
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
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热力学第一定律
【演示动画】
第一类“永动机”
第一类永动机
第一类永动机试图在不获取能源的前 提下使体系持续地向外界输出能量。历 史上最著名的第一类永动机是法国人亨 内考在十三世纪提出的“魔轮”，十五 世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一 个相同原理的类似装置，1667年曾有 人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一 部直径5米的庞大机械，但是这些装置 经过试验均以失败告终。
大学物理教程-热力学第二定律
15.1 热力学第二定律 卡诺定理
Harbin Institute of Technology at Weihai
15.1.3 各种不可逆过程是互相联系的
同理，假设热可以自动从低温物体传向高温物体， 这将导致热可以自动转变成功。
T1热库
假
想
装
置
Q2
T1热库
Q1
工
质
卡诺
热机
Q2
Q2
T2热库
A
Q1- Q2
态温度等于末态温度，末态体积为初态体积的2倍，可以任意设计符
合此条件的可逆过程计算该实际过程的熵变∆S >0即可，转变成另外
一种题型如下页延伸题所示。
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哈尔滨工业大学(威海)
15.2 克劳修斯熵公式 熵增加原理
Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
15.1.5 卡诺定理
（1）在温度为T1的高温热库和温度为T2的低温热库之间工作的一切可逆热机，无论
用什么工作物质，其效率相等，都等于
T2
η 1
T1
（2）在温度为T1的高温热库和温度为T2的低温热库之间工作的一切不可逆热机，其
效率不可能高于可逆热机的效率。
T2
1
T1
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哈尔滨工业大学(威海)
大学物理教程
例2. 质量为m1、温度为T1的冷水与质量为m2、温度为T2的热水共置于一
绝热容器内，已知水的比热容为c。试求 (1) 平衡建立后，系统最
后的温度；(2) 系统总的熵变。
解: (1)依题意，设最后温度为 T ， 则有: Q1吸 Q2放，由比热容定义得：
cm1 T T1 cm2 T2 T
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§5.1 热力学基本概念
热力学系统 外界
大量粒子构成旳宏观、有限旳体系； 其相邻环境称为外界。
开放系统 与外界有 m、E 互换
封闭系统 与外界有 E 互换，无 m 互换
孤立系统 与外界无 E、m 互换
例 绝 热
开放系统
封闭系统
孤立系统
热力学：即热力学系统旳状态（宏观物理性质） 及状态变化（宏观物理过程）旳规律。
1）过程方程
p1 T1 p2 T2
查理定律
2）热力学第一定律旳详细形式
做功： A pdV 0 吸热全部用于增长内能:
吸热：
M
Q CV T
内能增量：E M i RT 2
3） 等体摩尔热容
由
Mi
M
RT 2
CV T
E
Q
M
CV T
注意:
E
M
CV T
适用于一切过程
得
CV
i 2
R
单原子分子气体
华氏温标
t(C) t(F) 32 100 180
热力学温标
要求水在 1 个大气压下旳冰点为 273.16 K
T t 273.16
O
1K 1 C
理想气体温标 在理想气体存在旳范围内，它和热力学温标一致
§5.3 内能 功 热量
一、系统内能 E
热力学主要研究系 统能量旳转换规律
广义： 系统内全部粒子多种能量总和
CV
3 2
R 12.5 J mol-1 K -1
双原子分子（刚性） CV
5 2
R
20.8 J mol-1 K 1
2. 等压过程（ dp = 0 p = c )
1) 过程方程
§5-4循环过程 卡诺循环
1698年塞莱斯和1712年纽科门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 .瓦特在1763～ 1781年期间对蒸汽机进行了重大改进 ，大大提 高了效率 . 从理论上研究热机效率问题， 一方 面指明了提高效率的方向， 另一方面也推动了 热学理论的发展 . 各种热机的效率 液体燃料火箭 48 % 汽油机
太原理工大学物理系
5 2 5 2
( 2 p 1V 1 p 1V 1 ) p 1V 1
2 p 1V1 ln 2
太原理工大学物理系
7
1
2 5 2
p 1V 1
1
7 5 4 ln 2
p 1V 1 2 p 1V 1 ln 2
9 .9 %
太原理工大学物理系
例3 一卡诺热机工作在T1=400K与T2=300K两 个热源之间，每一次循环对外做功8000J。若维 持低温热源温度不变，提高了高温热源的温度 后发现，每一次循环对外做净功10000J。若两 个卡诺热机工作在相同的绝热线间，求 （1）第二个热机的效率 解：第一个热机的效率
Q1
卡诺热机
Q2
A
低温热源 T 2 太原理工大学物理系
1、卡诺热机 以一理想气体为工作物质，计算卡诺循环的热 机效率。 卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
p
p1
p2 p4
1
Q
1
T1
1 — 2 等温膨胀
2 3
2 — 3 绝热膨胀
4
A
Q2
V2
3 — 4 等温压缩
T2
V3
p3
o V1 V 4
V
4 — 1 绝热压缩
Q2 A'
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永 动 机 的 设 想 图
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第一类永动机
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