大学物理课件2.3.ppt

2.3.1 热学发展史简介热学发展史简介火的利用热现象400年历史“温标”选择不同的物质作为参考点,再刻度定出温标热力学温标273.15tT水的三相点温度：273.16K2.3 冷冷 热热 现现 象象工业革命促使和促进了能量守恒和转换的研究。迈耶的贡献 第一个发表能量守恒与转换定律的人。焦耳的贡献热功当量的测定亥姆霍兹的贡献热功当量波的叠加电容器位能热力学的形成热力学第一定律：能量守恒与转化定律能量既不能创生，也不能被消灭，能量只能从一个物体转移到另外一个物体。热力学系统做功热传递内能 热力学系统在一定状态下具有一定的能量分子热运动的动能与分子间相互作用的势能的总和)()(VETEEpk),(VTE系统准静态过程是实际过程的抽象准静态过程：系统所经历的中间状态都无限接近于平衡状态的变化过程温度温度描述系统冷热状态的一个物理量描述系统冷热状态的一个物理量 本质是系统内分子运动之剧烈程度本质是系统内分子运动之剧烈程度 高温物体中，分子运动较快高温物体中，分子运动较快低温物体中，分子运动较慢低温物体中，分子运动较慢高温物体失去能量，高温物体失去能量，低温物体得到能量，达低温物体得到能量，达到热平衡到热平衡2.3.4 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环一一. . 循环过程循环过程如果物质系统的状态经历一系列的变化如果物质系统的状态经历一系列的变化后，又回到了原状态，就称系统经历了后，又回到了原状态，就称系统经历了一个循环过程。一个循环过程。1. 循环循环2. 循环效率循环效率1212111QQQQQQA在热机循环中，工质对外所作的功在热机循环中，工质对外所作的功A 与它吸收的与它吸收的热量热量Q1的比值，称为热机效率或循环效率的比值，称为热机效率或循环效率 在致冷机中，工质从冷库中吸取的热量在致冷机中，工质从冷库中吸取的热量Q2与外界与外界对工质作所的功对工质作所的功A 的比值，称为循环的致冷系数的比值，称为循环的致冷系数2122QQQAQw二二、卡诺循环卡诺循环两等温过程和两绝热过程组成的循环两等温过程和两绝热过程组成的循环卡诺热机的效率卡诺热机的效率121TTc212cTwTT1、定义：定义：一个过程可以反向进行并返回到一个过程可以反向进行并返回到原状态，且系统和外界都不发生变化，则该原状态，且系统和外界都不发生变化，则该过程称为可逆过程过程称为可逆过程可逆过程可逆过程。反之，如果用任何方法都不能使系统和外界反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程为完全复原，则原来的过程为不可逆过程不可逆过程。 三、可逆过程和不可逆过程三、可逆过程和不可逆过程(3).气体自由膨气体自由膨胀胀是不可逆的是不可逆的1. 在温度分别为在温度分别为T1 与与T2 的两个给定热源之间工的两个给定热源之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即体可逆卡诺热机的效率，即三三. 卡卡诺定理诺定理 121211TTQQ2. 在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。热机，其效率都不可能大于可逆热机的效率。 人类在月球上居住，首要问题就是保持一个舒人类在月球上居住，首要问题就是保持一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为设月球白昼温度为1000C，夜间温度为，夜间温度为 1000C，起居室温度要保持在起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差导热的速率为每度温差0.5kW，白昼和夜间给卡诺机所供的功率白昼和夜间给卡诺机所供的功率解解例例求求白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机白昼欲保持室内温度低，卡诺机工作于致冷机状态，从室内吸取热量状态，从室内吸取热量Q2 ， 放入室外热量放入室外热量Q12122TTTAQw22122TTTQwQA则则W109 .103222122122TTTCTTTQwQA在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室外吸取热量机状态，从室外吸取热量Q1， 放入室内热量放入室内热量Q21211TTTAQw1211TTTAQ每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即进的热量，即)(122TTCQW106 .24)(32212TTTCA解得解得)(1212TTCAQQ每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即热量，即ATTTAATTT122121不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他影响其他影响 克劳修斯克劳修斯 表述：表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。的功而不产生其他影响。开尔文开尔文 表述：表述：讨论：讨论： 热力学第一定律说明了任何过程中能热力学第一定律说明了任何过程中能量守恒量守恒熵增加过程正是系统无序度（混乱度）增熵增加过程正是系统无序度（混乱度）增大的过程：熵小，意味着系统混乱度小；大的过程：熵小，意味着系统混乱度小；熵大，意味着系统混乱度大。一个孤立系熵大，意味着系统混乱度大。一个孤立系统在宏观上总是向各种热力学物理量（如统在宏观上总是向各种热力学物理量（如系统的温度，压强、密度）不变的状态系统的温度，压强、密度）不变的状态也就是热力学平衡态也就是热力学平衡态演变，因此，演变，因此，平衡态是熵值最大的状态，也就对应于微平衡态是熵值最大的状态，也就对应于微观上最混乱的状态。观上最混乱的状态。 热热 律：律： 能量守恒能量守恒热热 律：律： 能量转化能力能量转化能力有序有序无序无序能力强能力强能力弱能力弱 有序到无序能量转化过程不可逆有序到无序能量转化过程不可逆 一部分能量不能再作功一部分能量不能再作功 -能量退化能量退化四、四、 熵概念的推广熵概念的推广1、熵与能量、熵与能量无 序能 量有 序能 量对热对热 律深入认识律深入认识A) )能量退化角度认识能量退化角度认识 孤立系统内发生的自发过程孤立系统内发生的自发过程 必然导致能量的退化必然导致能量的退化B)熵的角度认识熵的角度认识 孤立系统孤立系统 导致熵的增加导致熵的增加熵是能量不可用程度的量度熵是能量不可用程度的量度香农：信息是事物肯定程度的量度香农：信息是事物肯定程度的量度 熵增等于信息的减少熵增等于信息的减少 信息与负熵等效信息与负熵等效对某种事物作出完全对某种事物作出完全判断所缺的信息量判断所缺的信息量信息的获得意味着各种可信息的获得意味着各种可能性中概率分布的集中能性中概率分布的集中麦克斯韦精灵麦克斯韦精灵2、 熵与信息熵与信息