研讨题 22 热力学中经常用到理想气体,理想气体与热力学究竟是什么关系? 参考解答: 1.热力学的理论框架无需理想气体。 热力学理论是普遍的,当然不依赖于理想气体。基础物理热力学的理论框 架如下: 第一步:由热功当量实验得到了热力学第一定律,由热机与冷机分别得到 了热力学第二定律的开尔文表述与克劳修斯表述; 第二步:由热力学第二定律导出卡诺定理,给出可逆机效率的表述; 第三步:由卡诺定理导出了克劳修斯等式与不等式,定义了熵S,建立了 孤立系统熵增加原理。 热力学的理论框架, 显然并未用到理想气体。 研讨题 23 2.理想气体在热力学中的作用 理想气体为热力学提供了一个简单的实例任何普遍的理论要被人们所接受, 就必须有实例,例如在力学中, 要使人们 接受势能的理论, 必须有“万有引力势能与弹簧势能”这种实例. 由于理 想气体遵从状态方程和焦耳定律,因此理想气体就成了热力学中最简单的实 理想气体为测量热力学温度提供了一种简单的温度计当可逆卡诺机的工作物质为理想气体时,以理想气体状态方程和焦耳定律为 前提,由热力学第一定律和卡诺定理对可逆机效率的表述,可以论证用理想 气体温度计就可以测量热力学温度,这体现了理想气体的重要性. 除此之外, 还可以依据普朗克黑体辐射定律、聂奎斯脱噪声方程设计出辐射温度计、 噪声温度计,来直接复现热力学温度. 但使用这些所谓‘绝对测量仪器’在 技术上是十分繁难的,而且费用昂贵,所以不能普及.这也凸显了理想气体温 度计的实用价值. 热力学中经常用到理想气体,理想气体与热力学究竟是什么关系? 研讨题 24 冰融化成水需要吸热,因而其熵是增加的.但水结成冰,这时要放热,即dQ为负,其熵是减少的.这是否违背了熵增加原理? 试解释之. 研讨题 参考解答: 熵增加原理的表述是:在孤立系统(或绝热系统)中发生的任何 不可逆过程,系统的熵必增大,只有对可逆过程,系统熵不变. 现在水结成冰要放热给环境,应该把水和环境组成孤立系统,在 水结成冰的过程中要考虑整个系统的熵变,水的熵減少不违背熵 增加原理.