热学第四章

一、可逆与不可逆过程
（三） 可逆过程与不可逆过程 ▲ 讨论：
可逆过程是理想过程，只有无耗散的准静态 过程才是可逆过程。
耗散（P169）：功自发转化为热的现象。
除摩擦外，还包括液体或气体流动时克服黏性力
做的功转化为热量；电流通过电阻时发热；由于
硅钢片的磁滞使电磁功转化为热量……
16
一、可逆与不可逆过程
（2）用缓慢地旋转的叶片使绝缘容器中的水温上 升。
（3）一个不受空气阻力及其它摩擦力作用的单摆
的摆动。
18
思考：判断下列过程是否可逆？若是不可 逆的，它分别存在何种不可逆性？
（P267思考题5.4）
（1）将0℃的冰投入0.01℃的海洋中。 （2）高速行驶的汽车突然刹车停止。 （3）肥皂泡突然破裂。 （4）岩石风化。 （5）腌菜使菜变咸。
11
P •(P１,V１)
• (P,V)
思考：
o
状态图上一个点代表什么？
(P2,V2)
•
V
一条曲线代表什么？
非准静态过程能用过程曲线表示吗？
·一个点代表一个平衡态；
·一条曲线代表一个准静态过程。
12
一、可逆与不可逆过程
（二）准静态过程
讨论：
只有准静态过程才能用过程曲线表示。
P •(P１,V１)
• (P,V)
功包括：机械功（如：体积功、摩擦功、拉伸弹性 棒所做的功、表面张力功）；电磁功（如：电流的 功、电力功、磁力功）
第四章 热力学第一定律
一、可逆与不可逆过程 二、功 W、热量Q、内能U 三、热力学第一定律 四、热容与焓 五、第一定律对理想气体的应用 六、循环过程（热机与制冷机）
1
基本要求：
A、掌握功、热量、内能、焓的概念； B、了解可逆与不可逆过程。 C、掌握热一律，并能分析、计算理想气体等容、
等压、等温、绝热过程中功、热量、内能的 改变量； D、了解循环过程，能计算卡诺循环等简单循环 的效率；
P 1, T 1, n 1
10
P
T
n
思考：（P220思考题4.2）
若用炉子加热一块固体，试问此过 程是否是准静态等压过程？为什么？
——不是，不满足热学平衡条件。 ——等温热传导是准静态过程。
等压条件下依次与很多个温度相差很小 T 1 、温
度逐渐升高的热源相接触；只有物体温度T与热源的
温度相等时，才脱开而与下一热源相接触
19
二、功 W、热量Q、内能U
（一）功 W（或A） 1、功的概念（P170）
▲定义： 在力学相互作用过程中系统和外界之间转移
的能量。
力学相互作用：力学平衡条件被破坏时所产生的对系统状
态的影响。
20
二、功 W、热量Q、内能U
（一）功 W（或A） 1、功的概念（P170）
讨论：
❖ 通过作功可以改变系统的状态。
(P2,V2)
•
o
13
一、可逆与不可逆过程
（三） 可逆过程与不可逆过程
▲ 定义：（P169） 可逆过程 (reversible process)
初态
末态
(外界亦需恢复原状)
（以前力学、电磁学 中所有不与热相联系 的过程都是可逆的）
系统从初态出发经历某一过程变到末态，
若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（二）准静态过程
▲讨论：
只有系统内部各部分之间、系统与外界之间 都始终同时满足力学、热学、化学平衡条件的过 程才是准静态过程。（P167）
实际上，只要系统内部各部分或系统与外界间的压强
差、温度差、同一成分在各处的浓度之间的差异分别与
系统的平均压强、平均温度、平均浓度之比很小时，就
可以认为系统已分别满足力学、热学、化学平衡条件了。
② 绝热 / 非绝热过程 D、 可逆 / 不可逆过程
5
一、可逆与不可逆过程
（一）热力学过程
3、过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。
初平衡态
一系列 非平衡态
末平衡态
6
一、可逆与不可逆过程
（二）准静态过程
▲定义：（P166） 进行得无限缓慢，以致系统连续不断地经历
着一系列平衡态的过程。
7
怎样算“无限缓慢”？ （相对）
❖ W：表示外界对系统做的功。有正负之分。 W’：表示系统对外界做的功。W’= -W
▲ 功与系统状态间无对应关系，是过程量 ❖ 非准静态过程的功一般是无法计算的。以后的讨论 中，系统对外做功的计算通常局限于准静态过程。 21
二、功 W、热量Q、内能U
（一）功 W（或A） 1、功的概念（P170）
▲ 功的概念可以从力学领域推广到电学领域。 做功指在广义力的作用下产生了广义位移。
（三） 可逆过程与不可逆过程 ▲ 讨论：
四种不可逆因素： （P231第五章） 耗散不可逆因素；力学不可逆因素； 热学不可逆因素；化学不可逆因素。 任何一个不可逆过程中必包含四种不 可逆因素中的某一个或某几个。
17
思考： 判断下列过程是否可逆？
（1）用活塞缓慢地压缩绝热容器中的理想气体 （设活塞与器壁无摩擦）
2
一、可逆与不可逆过程
（一）热力学过程 （二）准静态过程 （三） 可逆过程与不可逆过程
3
一、可逆与不可逆过程
（一）热力学过程
1、定义： 热力学系统从一个状态变化到另一个状态
4
一、可逆与不可逆过程
（一）热力学过程
2、分类：
A、 按过程中所经历的各个状态的性质： 准静态 / 非准静态过程
B、 按过程的特征： 等值/ 非等值过程 C、 按与外界的关系： ① 自发 / 非自发过程
气体的弛豫时间： ≈ 0.001秒；气体经历一次压缩的时间：
t过程进行 ≈ 0.2秒
t过程进行 ≈ 200 ，可当作准静态过程处理。
8
一、可逆与不可逆过程
（二）准静态过程
▲讨论：
任意时刻系统的状态都可当作平衡态处理。
是一个理想化过程，是实际过程无限缓慢进 行时的极限情况。（P167）
9
一、可逆与不可逆过程
t过程进行 >>
系统状态发生一个可以被实验感知的微小变化所需的时间 比弛豫时间长得多。
弛豫时间(relaxation time)：处于平衡态的系统受到外界的
瞬时微小扰动后，若取消扰动，系统将恢复到原来的平
衡状态，系统所经历的这一段时间就称为弛豫时间，这 来过程称为弛豫过程。
例如：实际发动机气缸内的压缩过程。
（这时系统回到初态，对外界也不产生任何影响）
则原过程是可逆的。
14
一、可逆与不可逆过程
（三） 可逆过程与不可逆过程
定义：（P169） 不可逆过程 (irreversible process)
系统从初态出发经历某一过程变到末态， 若总找不到一个能使系统和外界同时复原的过程， 则原过程是不可逆的。
15