热学2
热力学2
共同特点 对外作功 工质吸热增加内能 热量散发
热机的工作原理
上页
下页
AaB为膨胀过程：Aa 为膨胀过程： 为膨胀过程 BbA为压缩过程：-Ab 为压缩过程： 为压缩过程
PA
P A a
净功： 净功：
PB
b
B V
A = Aa Ab
VA
VB
结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功 结论：在任何一个循环过程中， 在数值上等于P-V图上循环曲线所包围的面积。 图上循环曲线所包围的面积。
两边微分得： 两边微分得：
M PdV +VdP = RdT Mmol
(2)
）、（2）式可得： 由（1）、（ ）式可得： ）、（
(Cp CV )PdV RPdV = PdV +VdP = CV CV
CVVdP + Cp PdV = 0
γ=
Cp CV
dP dV +γ =0 P V
两边积分： 两边积分：
M RdT 由理想气体方程： 由理想气体方程： PdV +VdP = Mmol
微分： 微分： PV
n
= 恒量
dP dV +n =0 P V
解方程组： 解方程组：
n γ C= CV n 1
多方过程功的推导： 多方过程功的推导：
PV = PV
n 1 1
V2
n
A = ∫ PdV = ∫
V 1
n 1 1
V2
QAB
V2 M = AAB = RT1 ln Mmol V1
吸热
A
T1=300K B D T2=200K C
QBC = EBC
M 5 = R(T2 T1 ) Mmol 2
热力学第二定律详解
热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。
这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。
定律有许多种表述，其中最具代表性的是克劳修斯表述（1850年）和开尔文表述（1851年），这些表述都可被证明是等价的。
定律的数学表述主要借助鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。
虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。
这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。
定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。
而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等克劳修斯表述克劳修斯克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。
虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源，但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。
1850年克劳修斯将这一规律总结为：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。
开尔文表述参见：永动机#第二类永动机开尔文勋爵开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为出发点。
第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。
功能够自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条件的，而且转化效率有所限制。
也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。
1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为：不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律一、自发反应—不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响,也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。
二、热力学第二定律1.热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2.文字表述：第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热,并将所吸收的热完全转化为功)功热【功完全转化为热，热不完全转化为功】(无条件，无痕迹，不引起环境的改变）可逆性:系统和环境同时复原3.自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征:(1）自发过程单方面趋于平衡；(2）均不可逆性；(3)对环境做功,可从自发过程获得可用功三、卡诺定理(在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）（不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同,且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质：周而复始数值还原从物理学概念,对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2。
热温商:热量与温度的商3。
熵：热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量（数值上相等）4. 熵的性质:(1)熵是状态函数，是体系自身的性质是系统的状态函数，是容量性质（2)熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变(4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的,则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中,若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大,所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。
热学第二版课后习题答案
热学第二版课后习题答案热学第二版课后习题答案热学是物理学中的一门重要学科，研究热量的传递、热力学规律以及热力学系统的性质等。
在学习热学的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要手段。
下面将为大家提供热学第二版课后习题的答案。
第一章：热力学基础1. 什么是热力学第一定律？它的数学表达式是什么？热力学第一定律是能量守恒定律的推广，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量守恒。
数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。
2. 什么是热容？如何计算物体的热容？热容是物体吸收或释放单位温度变化时所需的热量。
计算物体的热容可以使用公式C = Q/ΔT，其中C表示热容，Q表示吸收或释放的热量，ΔT表示温度变化。
3. 什么是等容过程？等容过程的特点是什么？等容过程是指在恒定体积条件下进行的热力学过程。
在等容过程中，系统对外界做功为零，因为体积不变。
等容过程的特点是内能变化等于吸收的热量，即ΔU = Q。
第二章：理想气体的热力学性质1. 理想气体的状态方程是什么？它的含义是什么？理想气体的状态方程是PV = nRT，其中P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。
这个方程表示了理想气体的状态与其压强、体积、物质量和温度之间的关系。
2. 理想气体的内能与温度有何关系？理想气体的内能与温度成正比，即U ∝ T。
当温度升高时，理想气体的内能也会增加。
3. 理想气体的等温过程与绝热过程有何区别？等温过程是指在恒定温度条件下进行的热力学过程，绝热过程是指在没有热量交换的情况下进行的热力学过程。
在等温过程中，气体的温度保持不变，而在绝热过程中，气体的内能保持不变。
第三章：热力学第二定律1. 热力学第二定律的表述是什么？它有哪些等效表述？热力学第二定律的表述是热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
它有三个等效表述：卡诺定理、克劳修斯不等式和熵增原理。
热学答案第二版(完整版)解析_李椿_章立源等著
第一章温度1-1在什么温度下,下列一对温标给出相同的读数：（1）华氏温标和摄氏温标；（2）华氏温标和热力学温标；（3）摄氏温标和热力学温标？解：（1）当时，即可由，解得故在时（2）又当时则即解得：故在时，（3）若则有显而易见此方程无解，因此不存在的情况。
1-2 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时，其中气体的压强为50mmHg。
（1）用温度计测量300K的温度时，气体的压强是多少？（2）当气体的压强为68mmHg时，待测温度是多少？解：对于定容气体温度计可知：(1)(2)1-3 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K，试求温度计内的气体在冰点时的压强与水的三相点时压强之比的极限值。
解：根据已知冰点。
1-4用定容气体温度计测量某种物质的沸点。
原来测温泡在水的三相点时，其中气体的压强；当测温泡浸入待测物质中时，测得的压强值为,当从测温泡中抽出一些气体,使减为200mmHg时,重新测得,当再抽出一些气体使减为100mmHg时,测得.试确定待测沸点的理想气体温度.解：根据从理想气体温标的定义：依以上两次所测数据,作T-P图看趋势得出时,T约为400.5K亦即沸点为400.5K.题1-4图1-5铂电阻温度计的测量泡浸在水的三相点槽内时，铂电阻的阻值为90.35欧姆。
当温度计的测温泡与待测物体接触时，铂电阻的阻值为90.28欧姆。
试求待测物体的温度，假设温度与铂电阻的阻值成正比，并规定水的三相点为273.16K。
解：依题给条件可得则故1-6在历史上，对摄氏温标是这样规定的：假设测温属性X随温度t做线性变化，即，并规定冰点为，汽化点为。
设和分别表示在冰点和汽化点时X的值，试求上式中的常数a和b。
解：由题给条件可知由（2）-（1）得将（3）代入（1）式得1-7水银温度计浸在冰水中时，水银柱的长度为4.0cm；温度计浸在沸水中时，水银柱的长度为24.0cm。
（1）在室温时，水银柱的长度为多少？（2）温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时，水银柱的长度为25.4cm，试求溶液的温度。
《热学》第二章和第三章复习
第二章分子动理学理论的平衡态理论 基本要求一、麦克斯韦速率分布（1）掌握麦克斯韦速率分布函数，理解它的物理意义和它的分布曲线，并知道它的分布曲线是如何随温度或者分子质量变化。
（2）熟练掌握平均速率、方均根速率、最概然速率3个公式。
二、 麦克斯韦速度分布 （1）掌握麦克斯韦速度分布。
（2）知道如何利用麦克斯韦速度分布导出麦克斯韦速率分布。
三、 气体分子碰壁数及其应用 （1）知道气体气体压强和碰壁数的物理意义。
(2)能利用麦克斯韦速度分布推导气体分子碰壁数公式和理想气体压强公式，并熟记它们。
（3）会利用气体分子碰壁数公式研究一些实际问题。
四、波尔兹曼分布（1）掌握粒子在外场中的分布；（2）掌握波尔兹曼分布；（3）会从波尔兹曼分布出发求粒子在外场中的分布和麦克斯韦速度分布。
五、能量均分定理（1）理解自由度和自由度数，知道单原子分子、双原子分子和多原子分子的自由度； （2）掌握能量积分定理；会求常温下理想气体的内能、定体热容等。
（3）了解固体的热容和杜隆－珀蒂定律第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 基本要求一、黏性现象知道什么是层流，什么是湍流。
掌握牛顿黏性定律，理解气体黏性微观机理。
二、 扩散现象掌握菲克定律，理解气体扩散微观机理。
三、 热传导定律掌握傅立叶定律，理解气体热传导微观机理。
四、 气体分子平均自由程（1）理解什么是碰撞（散射）截面，掌握刚性分子碰撞截面公式。
（2）掌握气体分子间平均碰撞频率和分子平均自由程公式。
五 气体输运系数知道气体黏性系数、导热系数、扩散系数如何随温度和压强变化。
第二章和第三章复习题一 选择题1 水蒸气分解成同温度的氢气和氧气，内能增加了百分之几(不计振动自由度和化学能)？ (A) 66.7％． (B) 50％． (C) 25％． (D) 0． ［ ］2 做布朗运动的微粒系统可看作是在浮力ρρ/0mg -和重力场的作用下达到平衡态的巨分子系统．设m 为粒子的质量，ρ 为粒子的密度，ρ 0为粒子在其中漂浮的流体的密度，并令z = 0处势能为0，则在z 为任意值处的粒子数密度n 为 (A) )}1(exp{00ρρ-⋅-kTmgz n ．(B) )}1(exp{00ρρ-⋅kTmgz n ．(C) }/exp{00kT z mgn ρρ-．(D) }/exp{00kT z mgn ρρ．［ ］3 在二氧化碳激光器中，作为产生激光的介质CO 2分子的两个能级之能量分别为ε1 = 0.172 eV ，ε2 = 0.291eV ，在温度为 400℃时，两能级的分子数之比N 2∶N 1为（玻尔兹曼常量k = 1.38×10-23 J/K ，1 eV = 1.60×10-19 J ）(A) 31.5． (B) 7.7． (C) 0.13． (D) 0.03． ［ ］ 4 温度为T 时，在方均根速率s/m 50)(212±v 的速率区间内，氢、氨两种气体分子数占总分子数的百分率相比较：则有（附：麦克斯韦速率分布定律：v v v ∆⋅⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛π=∆222/32exp 24kT m kT m N N，(A) ()()22N H //N N N N ∆>∆， (B) ()()22N H //N N N N ∆=∆，(C) ()()22N H //N N N N ∆<∆(D) 温度较低时()()22N H //N N N N ∆>∆ ，温度较高时()()22N H //N N N N ∆<∆ [ ]5 下列各图所示的速率分布曲线，哪一图中的两条曲线能是同一温度下氮气和氦气的分子速率分布曲线？ ［ ］6 在一个体积不变的容器中，储有一定量的理想气体，温度为T 0时，气体分子的平均速率为0v ，分子平均碰撞次数为0Z ，平均自由程为0λ．当气体温度升高为4T 0时，气体分子的平均速率v ，平均碰撞频率Z 和平均自由程λ分别为：(A) v ＝40v ，Z ＝40Z ，λ＝40λ． (B) v ＝20v ，Z ＝20Z ，λ＝0λ． (C) v ＝20v ，Z ＝20Z ，λ＝40λ． (D) v ＝40v ，Z ＝20Z ，λ＝0λ． ［ ］ 7 一定量理想气体分子的扩散情况与气体温度T 、压强p 的关系是：(A) T 越高、p 越大，则扩散越快． (B) T 越低、p 越大，则扩散越快． (C) T 越高、p 越小，则扩散越快． (D) T 越低、p 越小，则扩散越快． ［ ］ 二 填空题8 一容器内储有某种气体，若已知气体的压强为 3×105 Pa ，温度为27℃，密 度为0.24 kg/m 3，则可确定此种气体是________气；并可求出此气体分子热运动的最概然速率为_______________________m/s. (普适气体常量R = 8.31 J ·mol -1·K -1)9质量为 6.2×10-14 g 的某种粒子悬浮于27℃的气体中，观察到它们的方均根 速率为 1.4 cm/s ，则该种粒子的平均速率为__________．（设粒子遵守麦克斯韦速率分布律） 10 设气体分子服从麦克斯韦速率分布律，v 代表平均速率，v p 代表最概然速率，那么，速v v O O (B (A (D O(C O率在v p 到v 范围内的分子数占分子总数的百分率随气体的温度升高而__________(增加、降低或保持不变)．11用绝热材料制成的一个容器，体积为2V 0，被绝热板隔成A 、B 两部分，A 内储有1 mol 单原子分子理想气体，B 内储有2 mol 刚性双原子分子理想气体，A 、B 两部分压强相等均为p 0，两部分体积均为V 0，则两种气体各自的内能分别为E A ＝________；E B ＝________； (2) 抽去绝热板，两种气体混合后处于平衡时的温度为T ＝______．12一氧气瓶的容积为V ，充入氧气的压强为p 1，用了一段时间后压强降为p 2，则瓶中剩下的氧气的内能与未用前氧气的内能之比为__________．13 设某原子能反应堆中心处单位时间穿过单位面积的中子数为 4×1016 m -2·s -1，且设这些中子是温度为 300 K 的热中子，并服从麦克斯韦速度分布律，试求中子气的分压强． （阿伏伽德罗常量N A = 6.02×1023 mol -1,玻尔兹曼常量k = 1.38×10-23 J ·K -1 中子的摩尔质量为1.01×10-3 kg ）14玻尔兹曼分布律是自然界中的一条较为普遍的分布定律．对处于任何力场中的任何微粒系统只要______________________________可以忽略，这定律均适用． 15 一个很长的密闭容器内盛有分子质量为m 的理想气体，该容器以匀加速度a垂直于水平面上升（如图所示）．当气体状态达到稳定时温度为T ，容器底部的分子数密度为n 0，则容器内离底部高为h 处的分子数密度n =_____________________． 16 用总分子数N 、气体分子速率v 和速率分布函数f (v ) 表示下列各量：(1) 速率大于v 0的分子数＝____________________； (2) 速率大于v 0的那些分子的平均速率＝_________________；(3) 多次观察某一分子的速率，发现其速率大于v 0的概率＝_____________． 17 图示的曲线分别表示了氢气和氦气在同一温度下的分子速率的分布情况．由图可知，氦气分子的最概然速率为___________，氢气分子的最概然速率为________________．18 一定量的某种理想气体，先经过等体过程使其热力学温度升高为原来的4倍；再经过等温过程使其体积膨胀为原来的2倍，则分子的平均碰撞频率变为原来的__________倍．19 已知氦气和氩气的摩尔质量分别为M mol 1 = 0.004 kg/mol 和M mol 2 =0.04 kg/mol ，它们在标准状态下的粘度分别为η1 =18.8×10-6 N ·s ·m -2和η2 = 21.0×10-6 N ·s ·m -2．则此时氩气与氦气的扩散系数之比D 2/ D 1= __________________． 三 计算题20 由N 个分子组成的气体，其分子速率分布如图所示．(1) 试用N 与0v 表示a 的值． (2) 试求速率在1.50v ～2.00v 之间的分子数目． (3) 试求分子的平均速率．21 将1 kg 氦气和M kg 氢气混合，平衡后混合气体的内能是2.45×106 J ，氦分子平均动能a16v (m /s)f (v )1000020是 6×10-21 J ，求氢气质量M ． (玻尔兹曼常量k ＝1.38×10-23 J ·K -1 ,普适气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1)22 假设地球大气层由同种分子构成，且充满整个空间，并设各处温度T 相等．试根据玻尔兹曼分布律计算大气层中分子的平均重力势能P ε．(已知积分公式⎰∞+-=01/!d e n ax n a n x x )23 在直径为D 的球形容器中，最多可容纳多少个氮气分子，才可以认为分子之间不致相碰？（设氮分子的有效直径为d ）．24 一长为L ，半径为R 1 = 2 cm 的蒸汽导管，外面包围一层厚度为2 cm 的保温材料（导热系数为 K = 0.1 W ·m -1·K -1）蒸气的温度为100℃，保温材料的外表面温度为20℃．求：(1) 每秒钟从单位长度传出的热量； (2) 保温材料外表面的温度梯度． 四 理论推导和证明25 试根据麦克斯韦分子速率分布律222/3)2exp()2(π4)(v vv kTm kTm f -=,验证以下不等式成立 1)1(>⋅vv ． ［积分公式22321d )exp(λλ=-⎰∞x x x ，λλ21d )exp(02=-⎰∞x x x ］五 错误改正题26 已知有N 个粒子，其速率分布函数为： f ( v ) = d N / (N d v ) = c ( 0 ≤v ≤v 0 ) f ( v ) = 0 (v ＞v 0) 有人如下求得c 与v(1) 根据速率分布函数的归一化条件，求得常数c ，即有1d d )(00===⎰⎰∞v vv v v Nc Nc Nf∴ c = 1 / (N v 0) (2) 此粒子系统的平均速率⎰∞=0d )(v v v v Nf ⎰=0d 1v v v v N N0021d 10v v v vv ==⎰上述关于c 、v 的解答是否正确？如有错误请改正． 六 回答题27 由理想气体的内能公式mol2MiRTM E =可知内能Ｅ与气体的摩尔数M / M mol 、自由度i 以及绝对温度T 成正比，试从微观上加以说明.如果储有某种理想气体的容器漏气，使气体的压强、分子数密度都减少为原来的一半，则气体的内能是否会变化？为什么？气体分子的平均动能是否会变化？为什么？28在什么条件下，气体分子热运动的平均自由程λ与温度T 成正比？在什么条件下，λ与T 无关？(设气体分子的有效直径一定)29 什么叫分子的有效直径？它是否随温度变化而变化？为什么？30 什么是气体中的输运过程？。
大学物理习题详解 热力学第二定律
©物理系_2012_09《大学物理AII 》作业 No.12 热力学第二定律一、判断题：（用“T ”和“F ”表示）[ T ] 1．任何可逆热机的效率均可表示为：高低T T -=1η 解：P301，根据卡诺热机的效率[ F ] 2．若要提高实际热机的效率, 可采用摩尔热容量较大的气体做为工作物质。
解：P294-295，根据热机效率的定义吸净Q A =η，显然工作物质从高温热源吸收的热量越少，对外作的功越多，其效率越高。
根据热量的定义T C MmQ ∆=，温差一定的时候，摩尔热熔C 与热量成正比。
[ F ] 3．一热力学系统经历的两个绝热过程和一个等温过程，可以构成一个循环过程 解：P308题知循环构成了一个单热源机，这违反了开尔文表述。
[ F ] 4．不可逆过程就是不能沿相反方向进行的过程。
解：P303 [ T ] 5．一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀，体积由1V 增至2V ，在此过程中A =0，Q =0，0=∆T ，0>∆S 。
解：P292，P313二、选择题：1．如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的a b c d a 增大为 a b ′c ′d a ，那么循环a b c d a 与a b ′c ′d a 所作的功和热机效率变化情况是： [ D ] (A) 净功增大，效率提高(B) 净功增大，效率降低(C) 净功和效率都不变 (D) 净功增大，效率不变 解：卡诺循环的效率121T T-=η只与二热源温度有关，曲线所围面积在数值上等于净功，所以净功增大，效率不变。
2．对于循环热机，在下面节约与开拓能源的几个设想中，理论上可行的是： [ B ] (A) 改进技术，使热机的循环效率达100%(B) 利用海面与海面下的海水温差进行热机循环作功 (C) 从一个热源吸热，不断作等温膨胀，对外作功 (D) 从一个热源吸热，不断作绝热膨胀，对外作功解：根据热力学第二定律，(A)是第二类永动机，是不可能制成的；(C)是单热源机；(D)是从热源吸热怎么作绝热膨胀。
热力学基本定律—热力学第二定律
2. 热力循环
冷凝器
q1
高温热源Leabharlann q1工质冷却水
w0=q1-q2
膨
胀
阀
q2
压
缩
机
蒸发器
低温热源
q2
冷冻水
卡诺循环及定理
1. 热力循环
逆向循环：消耗机械能，将热能从低温热
q1
p
w0
源转移到高温热源。
w0=q1-q2
逆向循环能够实现两种目的：一种是制冷，
人为创造低温环境；另一种是供热，也就
是热泵装置。逆向循环的经济性能通常用
卡诺循环及定理
卡诺循环及定理
1. 热力循环
定义：工质经过一系列状态变化后，又回复到原来的状态的全部
过程称为热力循环，简称循环。
循环可以分为：正向循环和逆向循环。
p
正
向
循
环
逆
向
循
环
w0
o
q2
q1
p
q1
v
w0
o
q2
v
卡诺循环及定理
1. 热力循环
高温热源
热
机
工
作
过
程
q1
工质
q2
低温热源
w0=q1-q2
可能的。
卡诺循环及定理
3. 卡诺循环与卡诺定理
逆向进行的卡诺循环称为逆卡
诺循环。此时所能实现的制冷
与供热的工作系数也是所有循
环中最大的。
卡诺循环及定理
3. 卡诺循环与卡诺定理
逆卡诺循环的制冷系数ε和供热系数ε’分别为：
=
ε’=
=
=
热学习题解2
⨯ 热学习题讲解1.3.1 要使一根钢棒在任何温度下都要比另一根铜棒长5 cm ，试问它们在0℃时的长度01l 及02l 分别是多少？已知钢棒及铜棒的线膨胀系数分别为：1α=1.2×10-5K -1，2α=1.6×10-5K -1。
答案：已知：1α=1.2×10-5K -1，2α=1.6×10-5K -1设1l 和2l 分别为钢棒和铜棒在温度为t ℃时的长度 求:01l 和02l 的长度 解：根据线膨胀公式得：1011(1)l l t α=+2022(1)l l t α=+两式相减得：120102011022()()l l l l l l t αα-=-+- 要使上面的式子与温度t 无关，则有：0110220l l αα-= 同时，01025l l -=联立上述二式并代入数据求得：0120l cm =，0215l cm =1.3.9：把521.010N m -⨯、30.5m 的氮气压入容积为30.2m 的容器中，容器中原已充满同温、同压下的氧气，试求混合气体的压强和两种气体的分压，设容器中气体温度保持不变。
已知：氮气 521 1.010P N m -=⨯，310.5V m =，1?T =2?P =， 320.2V m =，21T T =氧气 521 1.010P N m -'=⨯，12V V '= ，11T T'= 2?P '=， 22V V '=， 21T T '= 求： 2P ，2P '，22P P P '=+ 解：由PV RT ν=知5212122.510V P P N m V -==⨯∙ 521212110V P P N m V -'''==⨯∙'5222 3.510P P P N m -'=+=⨯∙1.6.3一容积为11.2L 的真空系统已被抽到1.3×103-Pa 的真空。
热学_2版(张玉民编著)PPT模板
03
5.3.3理论结果的讨
论
02
5.3.2气体黏滞性实
验规律的微观解释
01
5.3.1黏滞力的实验
规律
第5章气体输运过程的分子动理论基础
5.4气体扩散现象与物质输运
A
5.4.1气体 扩散的实
验规律
B
5.4.2气体 扩散实验 规律的微
观解释
C
5.4.3理论 结果的讨
论
D
5.4.4稀薄 气体中的 输运过程
第6章固、液体 性质简介与相变
6.3气液相变与临界点
6.3.1蒸发与沸 腾
01
03 6.3.3临界
点
02 6 . 3 . 2 饱 和 蒸气压方程
和沸点与压
强的关系
第6章固、液体性质简介与相变
6.4固液相变与固气相变
6.4.1固液 相变
1
6.4.2固气 相变
2
第6章固、液
态方程
B
1.4.2混合 理想气体 的状态方
程
C
1.4.3实际 气体的状
态方程
D
1.4.4简单 固体与液 体的状态
方程
ONE
02
第2章热力学第一定律及其应用
第2章热力学第一 定律及其应用
2.1功与热量 2.2内能与热力学第一定律 2.3热力学第一定律的应用 习题2
第2章热力学第一定律及其应用
2.1功与热量
2
4.4.2理想气体的内能与热容量
ONE
05
第5章气体输运过程的分子动理论基础
第5章气体输运过程的分子动理 论基础
5.1非平衡态与非平衡态过程 5.2气体的热传导过程与能量输 运 5.3黏滞性与动量输运 5.4气体扩散现象与物质输运 习题5
热力学第二定律的理解
热力学第二定律①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。
②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。
(1)说明①热力学第二定律是热力学的基本定律之一。
它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
上述(1)中①的讲法是克劳修斯(Clausius)在1850年提出的。
②的讲法是开尔文于1851年提出的。
这些表述都是等效的。
在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。
要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。
在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。
热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。
第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。
．②人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。
它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。
有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。
但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
③从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。
显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。
大学物理《热学》第二版李椿 第二章 气体分子运动论的基本概念
第二章 气体分子运动论的基本概念2-1 目前可获得的极限真空度为10-13mmHg 的数量级，问在此真空度下每立方厘米内有多少空气分子，设空气的温度为27℃。
解： 由P=n K T 可知n =P/KT=)27327(1038.11033.1101023213+⨯⨯⨯⨯⨯-- =3.21×109(m–3)注：1mmHg=1.33×102N/m 22-2 钠黄光的波长为5893埃，即5.893×10-7m ，设想一立方体长5.893×10-7m ， 试问在标准状态下，其中有多少个空气分子。
解：∵P=nKT ∴PV=NKT 其中T=273K P=1.013×105N/m 2 ∴N=623375105.52731038.1)10893.5(10013.1⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=--KTPV 个2-3 一容积为11.2L 的真空系统已被抽到1.0×10-5mmHg的真空。
为了提高其真空度，将它放在300℃的烘箱内烘烤，使器壁释放出吸附的气体。
若烘烤后压强增为1.0×10-2mmHg ，问器壁原来吸附了多少个气体分子。
解：设烘烤前容器内分子数为N 。
，烘烤后的分子数为N 。
根据上题导出的公式PV = NKT 则有： )(011011101T P T P K VKT V P KT V P N N N -=-=-=∆因为P 0与P 1相比差103数量，而烘烤前后温度差与压强差相比可以忽略，因此0T P 与11T P 相比可以忽略1823223111088.1)300273(1038.11033.1100.1102.11⨯≅+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=∆---T P KN N 个2-4 容积为2500cm 3的烧瓶内有1.0×1015个氧分子,有4.0×1015个氮分子和3.3×10-7g 的氩气。
设混合气体的温度为150℃,求混合气体的压强。
热学讲义2
第二章一、记忆题（20个）1、写出下列热力学量的数量级及单位，A N ，洛喜密脱数，trm T ＝，k=2、写出下列基本热力学量的数量级及单位：常温下分子运动平均速率的数量级________,标准状态下气体分子的平均z -，原子或分子的线度d_______及质量m_______Kg 3、气体分子运动论基本实验是____________,____________,__________,和____________.4、一切宏观物体从分子运动论来看，它具有___________,_____________,和____________.5、理想气体的微观模型具有下列特点________,_________,_________,和____________.6、推导理想气体压强公式的过程中，完全以____________为基础，________为前提下推导的.7、推导理想气体压强公式的过程中，用到统计平均的概念有1、______________________，2、________________________3、_________________________4、__________________.8、理想气体压强公式为23p n ε-=，分别说明各量的意义，p_______,n_________,ε__________.和212m v ε--=中的m 是指________________________________________. 9、公式23p n ε-=是表征三个统计平均量____,____和_____之间相互联系的一个_________而不是一个力学规律.10、根据理想气体的_______和_______,可以导出气体的温度为与分子的平均动能之间的联系，从而阐明温度这一概念的微观实质____________,气体的温度T 与平均平动能ε-的关系为______________________.11、单位体积的分子数n ，总分子数N ，体积V ，这三者之间的关系是_______,摩尔质量μ，气体的质量M ，阿佛加德罗常数A N 和总分子数N 之间的关系为_______________,R 为普适气体常数，k 为波尔兹曼常数，阿佛加德罗常数A N 的关系____________,μ和A N 及一个分子的质量m 的关系为________________________.12、在国际单位制中，写出下列物理量的单位，μ________,ε-_________,p________,T________ 13、23p n ε-=和ε-=32kT 两式中宏观量是______和______，微观量是______,______能用实验来测量的量是_____和_____.14、23p n ε-=无法直接用实验验证，但从这个公式出发能间接地解释或推导_________和________实验定律.15、阿佛加德罗定律的内容_______________及表达式______________,什么叫洛喜密脱数_____________,计算公式为________________.16、决定物质各种热力学性质的基本因素是___________和______________。
热力学第二定律的应用制冷原理
热力学第二定律的应用制冷原理热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它描述了热量的传递过程中的不可逆性。
在工程实践中，热力学第二定律被广泛应用于制冷领域。
本文将介绍热力学第二定律在制冷原理中的应用。
一、制冷的基本原理制冷是指将热量从低温物体移动到高温物体的过程。
根据热力学第二定律，热量只能自发地从高温物体流向低温物体，而不能反向流动。
因此，在制冷过程中，我们需要借助一些设备，利用能量转移的方式将热量从低温物体移动到高温物体。
二、热力学第二定律在制冷中的应用在制冷领域，常见的应用热力学第二定律的方法有压缩制冷循环、吸收制冷循环和热电制冷。
1. 压缩制冷循环压缩制冷循环是一种常见的制冷方法，它基于热力学第二定律中的熵增原理。
在这种循环中，通过压缩机将低温低压的制冷剂压缩，使其温度升高。
然后，将高温高压的制冷剂通过冷凝器散热，从而将热量释放到外界。
接下来，通过膨胀阀使压缩机后的制冷剂压力降低，温度下降。
最后，通过蒸发器吸收外界的热量，实现制冷效果。
2. 吸收制冷循环吸收制冷循环是另一种常见的制冷方法，它利用热力学第二定律中的熵增原理和溶液的分离性质。
吸收制冷循环主要由两个主要组件组成：吸收器和发生器。
在吸收器中，制冷剂与吸收剂反应生成溶液。
然后，将溶液送入发生器，通过热源提供的热量使溶液发生分离，制冷剂再次被释放出来。
该方法能够在较低温度下实现制冷效果。
3. 热电制冷热电制冷是一种基于热力学第二定律中的热电效应的制冷方法。
当两个不同温度的导体连接成电路时，导体内部将产生电流。
这是因为热力学第二定律规定，热量只能从高温物体自发地流向低温物体，而不能反向流动。
因此，在热电制冷中，通过电流来实现温度差的调节，从而实现制冷效果。
三、制冷技术的应用领域制冷技术广泛应用于许多领域，包括家用冰箱、空调、超市冷藏柜、制冷车辆等。
制冷技术的发展使得我们的生活更加舒适，同时也为工业生产提供了便利条件。
结论热力学第二定律是制冷领域中关键的基本原理。
热力学第二定律的解释
热力学第二定律的解释
许文波;张仲新
【期刊名称】《物理教学探讨》
【年(卷),期】2002(020)008
【摘要】@@ 热力学第二定律是教材新增内容,并且介绍很简单,学生反映对这个知识点存在不信任的感觉.为了给学生更加清晰的认识,本文对第二定律的内容用两个很简单的例子加以说明,使其变得易于接受.
【总页数】1页(P22)
【作者】许文波;张仲新
【作者单位】山东省郯城一中,276100;山东省郯城一中,276100
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.由信息量负熵原理解释热力学第二定律的本质 [J], 吴卫锋
2.热力学第二定律与熵变的宏观解释 [J], 达瑞
3.热力学第二定律的微观解释与统计思想的引入 [J], 王士平;韦中燊
4.“热力学第二定律的微观解释”教学设计 [J], 贲贵山
5.热力学第二定律的统计解释 [J], 唐学明;
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1．如图所示，两端封闭、粗细均匀的细玻璃管，中间用长为h 的水银柱将其分为两部分，分别充有空气，现将玻璃管竖直放置，两段空气柱长度分别为l 1，l 2，已知l 1＞l 2，如同时对它们均匀加热，使之升高相同的温度，这时出现的情况是：（ ）A ．水银柱上升B ．水银柱下降C ．水银柱不动D ．无法确定2．一个绝热气缸，压缩活塞前容积为V ，内部气体的压强为p ，现用力将活塞推进，使容积减小到6V ，则气缸内气体的压强为 A.等于6P B. 等于6p C ．大于6p D ．小于6p 3．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为ED(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态．经过此过程 ( )A.ED 全部转换为气体的内能B.EP ，一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C.ED 全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D.EP 一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能4．如图所示，一个横截面积为S 的圆筒型容器竖直放置，金属圆板A 的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M ，不计圆板A 与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为P 0，则被圆板封闭在容器中气体的压强p 等于（ ）5．如图所示，在一个圆柱形导热的气缸中，用活塞封闭了一部分空气，活塞与气缸壁间是密封而光滑的，一弹簧秤挂在活塞上，将整个气缸悬吊在天花板上。
当外界气温升高（大气压不变）时，（）A.弹簧秤示数变大B.弹簧秤示数变小C.弹簧秤示数不变D.条件不足，无法判断6．如图，A，B是体积相同的气缸，B内有一导热的、可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞C，D为不导热的阀门。
起初，阀门关闭，A内装有压强p1=2.0×105a温度T1=300K 的氮气。
B内装有压强P2=1.0×105Pa，温度T2=600K的氧气。
打开阀门D，活塞C向右移动，最后达到平衡，以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积，则V1∶V2=______（假定氧气和氮气均为理想气体，并与外界无热交换，连接气缸的管道体积可忽略）7．如图所示，左端封闭，右端开口的均匀U型管中用水银封有一段长150mm的空气柱。
左臂总长为250mm，右臂足够长。
如果将管的开口变为竖直向下，求空气柱的长度。
（设大气压为750mmHg）8．如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，中间用两个活塞A与B封住一定质量的理想气体，A，B都可沿圆筒无摩擦地上、下滑动，但不漏气。
A的质量可不计，B的质量为M，并与一劲度系数k=5×103N/m的较长的弹簧相连，已知大气压强p0=1×105Pa，平衡时，两活塞问的距离l0=0.6m，现用力压A，使之缓慢向下移动一定距离后，保持平衡，此时，用于压A的力F=5×102N, 求活塞A向下移动的距离。
（假定气体温度保持不变）9．如图所示，一根一端封闭的玻璃管，当l=0.96m，内有一段长h1=0.20m的水银柱。
当温度为t1=27℃，开口端竖直向上时，封闭空气柱h2=0.60m。
问温度至少升到多高时，水银柱才能从管中全部溢出？（外界大气压相当于l0=0.76m高的水银柱产生的压强）参考答案1．A【解析】【错解分析】错解：假设两段空气柱的压强p1，p2保持不变，它们的初温为T。
当温度升高△T时，空气柱1的体积由V1增至V'1；，增加的体积△V1=V'1-V1，考虑到空气柱的总长度不变，空气柱2的体积从V2增至V'2，且△V2=V'-V2，由盖·吕萨克定律得：在T，△T都同的情况下，因为V1＞V2，所以△V1＞△V2，所以，水银柱应向下移动。
选B。
【错解原因】这道题因为初温一样，又升高相同的温度，所以比较液柱移动，可能有两种假设，一种为设压强不变，另一种是设体积不变。
而上述解法中假定压强不变而导出水银柱下降这本身就是自相矛盾的。
水银柱的移动情况是由水银柱的受力情况决定的，而受力情况是由两边压强的大小决定的，因此不能假设压强不变。
【正解】假定两段空气柱的体积不变，即V1，V2不变，初始温度为T，当温度升高△T时，空气柱1的压强由p1增至p'1，△p1=p'1-p1，空气柱2的压强由p2增至p'2，△p2= p'2-p2。
由查理定律得：因为p2=p1+h＞p1，所以△p1＜△p2，即水银柱应向上移动。
所以正确答案应选A。
【点评】（1）这类题目只能按等容过程求解。
因为水银柱的移动是由于受力不平衡而引起的，而它的受力改变又是两段空气柱压强增量的不同造成的所而它的受力改变又是手。
（2）压强的变化由压强基数（即原来气体的压强）决定，压强基数大，升高相同的温度，压强增量就大。
同理，若两段空气柱同时降低相同的温度，则压强基数大的，压强减少量大。
就本题而言，水银柱将向下移动。
2．C【解析】【错解分析】错解：因为气缸是绝热的，所以压缩过程为等温变化，由玻意耳定律可知，压强与体积成反比，所以在容积减为6V 时，压强应增为6P ，所以应该选B 。
错误主要是把绝热和等温等同起来，认为绝热就是温度不变，这是解决热学问题中常见的错误。
实际上改变内能的方式有两种，即热传递和做功，不能认为没有热传递内能就不改变。
【正解】因为气缸绝热，所以热传递Q=0，而现用力将活塞推进，使体积减小，即外力对气体做功了，也就是气体的温度升高了，由气态方程可知pV=cT ，只有当p'＞6p 时，pV 乘积才可能是增加的。
若'6P P =，'6V V =，''66V P V P PV =∙=，而由前面分析已知T 增加，则所以B 不对。
正确答案应选C 。
【点评】本题在分析清楚“推进活塞时气体做功→气体内能增加→气体温度升高”这一关系的基础上，也可用气态方程做出判断3．D【解析】【错解分析】错选B 或C 不能从力和能的角度全面分析出气体、活塞、弹簧的末态情况而影响作答．【正解】当活塞经过多次往复运动静止后，由受力分析可知弹簧仍处于压缩状态，但形变量比初状态小，此时气体体积减小，外界对气体做功W>0，由于容器绝热，Q=0，由热力学第一定律W+Q=AU 可得△U>0，气体内能增加，故ED 一部分转换成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能．D 正确．4．D【解析】 【错解分析】错解一：因为圆板下表面是倾斜的，重力产生的压强等于'Mg S 其中'S 为斜面的面积，即θcos 'S S =。
因此，重力产生的压强为S θMgcos ，所以其他压强为S Mg P θcos 0+，故选项A 正确。
错解二：重力产生的压强应该为重力的分力θcos Mg 在活塞下表面上产生的压强，即θcos Mg =G P 而大气压强θcos 0P ，所以气体压强为θcos 0P +θScos Mg ，因此可选B 。
错解三：大气压p 0可以向各个方向传递，所以气体压强里应包括p 0，而重力的合力θMgcos 产生的压强作用在斜面θcos 'S S =上。
因此，重力压强SS θθθ2Mgcos cos Mgcos =，因此气体压强为0P +Sθ2Mgcos ，所以选C 。
【错解原因】重力产生的压强，压力都应该是垂直于接触面方向，所以重力产生压强应是重力的分力θcos Mg ，而不是Mg ，错解一是对压力这个概念理解不对。
错解二虽然注意到重力的分力θcos Mg 产生压强，但没有考虑到面积应是'S （θcos 'S S =）而不是S ，还是对压强概念的理解不对。
错解三在分解重力时错了，重力的一个分力应是θcos Mg 而不是θMgcos ，因为另一个分力一定要垂直斜板的竖直面，如图。
所以重力的压强为SMg S MgS Mg PG ===θθθcos cos 'cos 。
【正解】以金属圆板A 为对象，分析其受力情况，从受力图可知，圆板A 受竖直向下的力有重力Mg0'PS 在竖直方向的分力θcos 'PS，其中θcos'S S =正确答案应为D 。
【点评】正如本题的“分析解答”中所做的那样，确定被活塞封闭的气体的压强的一般方法是：以活塞为研究对象；分析活塞的受力情况；概括活塞的运动情况（通常为静止状态），列出活塞的受力方程（通常为受力平衡方程）；通过解这个方程便可确定出气体的压强。
5．C【解析】【错解分析】错解：对活塞进行受力分析，如图由活塞平衡条件可知：F=mg+p 0S-pS 当外界气温上升时，气体压强增大，所以弹簧秤的接力F 将变小，所以答案应选B 。
主要是因为对气体压强变化的判断，没有认真细致地具体分析，而是凭直觉认为温度升高，压强增大。
【正解】对活塞受力分析如错解，F=mg+p 0S-pS现在需要讨论一下气体压强的变化。
以气缸为对象受力分析，如图因为M 、S 、P 0均为不变量，所以，在气体温度变化时，气体的压强不变。
而气体在此过程中作等压膨胀。
由此而知，弹簧秤的示数不变，正确答案为C 。
【点评】通过本题的分析可以看出，分析问题时，研究对象的选取对解决问题方向的作用是至关重要的。
如本题要分析气体压强的变化情况，选取气缸为研究对象比研究活塞要方便得多。
另外如本题只是分析弹簧秤的示数变化，选整个气缸和活塞为研究对象更为方便，因对气缸加热的过程中，气缸、气体及活塞所受重力不变，所以弹簧秤对它们的拉力就不会变化，因此弹簧秤的示数不变。
6．4∶1【解析】 【错解分析】错解：开始是平衡状态，未态还是平衡状态，由理想气体状态方程可知：222111T V P T V P .此题答案为1∶4。
理想气体状态方程或气体定律，针对的对象应为一定质量的理想气体，而不能是两种（或两部分）气体各自的状态，必须是一定质量的理想气体初、末两种状态之间满足的关系，上述解法把两部分气体的p 1，p 2，T 1，T 2与一定质量的气体前后两种状态的p 1，p'1，T 1，T'1混为一谈，以致出现完全相反的结论。
【正解】对于A 容器中的氮气，其气体状态为：p 1=2.0×105pa V 1=V T 1＝300KP'1=P V'1=V 1（题目所设） T'1=T由气体状态方程可知：①对于B容器中的氧气，其气体状态为：p2=1.0×105pa V2＝V T2=600Kp'2=p V'2=V2（题目所设）T’2=T由气态方程可知②联立①②消去T，V可得：此题的正确答案为V1∶V2=4∶1【点评】解决有关两部分气体相关联的问题时，要注意两方面的问题。