大学物理课件2.3.ppt

2.3.1 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,水的三相点温度：273.16K,2.3 冷 热 现 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。,2.3.2 热学物理概念,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,外界,-系统状态的单值函数,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,高温物体中，分子运动较快低温物体中，分子运动较慢,高温物体失去能量，低温物体得到能量，达到热平衡,2.3.4 循环过程 卡诺循环,一.循环过程,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，就称系统经历了一个循环过程。,1.循环,2.3.3 热力学第一定律,2.循环效率,在热机循环中，工质对外所作的功A 与它吸收的热量Q1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Q2与外界对工质作所的功A 的比值，称为循环的致冷系数,二、卡诺循环两等温过程和两绝热过程组成的循环,-一种理想模型,卡诺热机的效率,卡诺致冷机制冷系数：,1、定义：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，则该过程称为可逆过程可逆过程。反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程为不可逆过程。,三、可逆过程和不可逆过程,2、自然现象的不可逆性,落叶永离，覆水难收,逝者如斯,(1).功热转换是不可逆的：功可以自动地转变为热，热不能自动地转变为功,(2).热传导是不可逆的：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆的,(3).气体自由膨胀是不可逆的,1.在温度分别为T1 与T2 的两个给定热源之间工作的一切可逆热机，其效率相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的效率，即,三.卡诺定理,2.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。,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，设月球白昼温度为1000C，夜间温度为 1000C，起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁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,解,例,求,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Q2，放入室外热量Q1,则,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Q1，放入室内热量Q2,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,解得,每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即,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,克劳修斯 表述：,一、热力学第二定律内容：,2.3.5 热力学第二定律,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。,开尔文 表述：,讨论：热力学第一定律说明了任何过程中能量守恒,热力学第二定律说明了并非任何能量守恒过程都能实现，即变化过程有方向性,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；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（如系统的温度，压强、密度）不变的状态也就是热力学平衡态演变，因此，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。,熵的本质,热律：能量守恒热律：能量转化能力,能力强,能力弱,有序到无序能量转化过程不可逆 一部分能量不能再作功-能量退化,四、熵概念的推广,1、熵与能量,无序能 量,有序能 量,对热律深入认识A)能量退化角度认识 孤立系统内发生的自发过程 必然导致能量的退化,B)熵的角度认识 孤立系统 导致熵的增加,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 熵增等于信息的减少 信息与负熵等效,对某种事物作出完全判断所缺的信息量,信息的获得意味着各种可能性中概率分布的集中,麦克斯韦精灵,2、熵与信息,