第11章 热力学基本原理 掌握功和热量的概念;理解准静态过程;掌握热力学第一定律;能分析、计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量 及卡诺循环等简单循环的效率。 了解可逆过程和不可逆过程;理解热力学第二定律及其统计意义。基本要求 热量Q 内能E准静态过程 等温过程 绝热过程 等容过程 等压过程 定容摩尔热容C 循环过程奥托循环 卡诺循环 例1:1mol理想气体从p-V图上初态a分别经历如图所示的(1)或(2)过程到达末态b.已知T 例2:右图为一理想气体几种状态变化过程的p-V图,其中MT为等温线,MQ为绝热线,在AM、BM、CM三种准静态过程中: AMAM、BM AM: 比较BM过程与QM绝热过程,QM绝热过程: QMQM QMBM QMBM QMQM BM BM BM QMBM 例3:一定量理想气体,经历如图所示的循环过程,其中AB和CD是等压过程,BC和DA是绝热过程,已知T 这循环不是卡诺循环.卡诺循环是由两等温过程和两个绝热过程构成的. 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程.以上四种判断,其中正确的是 答案:(D)参考解答: 只有当系统的状态变化过程进行的无限缓慢,在进行过程中没有能量的 损耗的准静态过程才是可逆过程,否则就是不可逆过程。 11 对于所有错误选择,看看下面思考题: 可逆过程是否一定是准静态过程?准静态过程是否一定是可逆过程?参考解答: 可逆过程的定义是:无摩擦的准静态过程。由此定义可知:准静态过 程是可逆过程的必要条件而非充分条件。可逆过程一定是准静态过程;反 过来讲,准静态过程不一定是可逆过程,因为有可能伴随摩擦。摩擦一定 会引起热功转换,而凡是涉及热功转换的过程一定是不可逆的。 有人说:“不可逆过程就是不能往反方向进行的过程”对吗?为什么? 参考解答:这种说法是不对的. 因为判断一个过程是否可逆,并不以它是否能沿反方向进行为根据,而 是要看这个过程的一切后果(包括系统和外界的变化)是否都能够消除掉。 有些过程虽然可以沿反方向进行而使系统复原,但是若外界不能复原的话, 仍是不可逆过程. 12 例4:一绝热容器被隔板分成两半,一半是真空,另一半是理想气体。若把 隔板抽出,气体将进行自由膨胀,达到平衡后 (A)温度不变,熵增加. (B)温度升高,熵增加. (C)温度降低,熵增加. (D)温度不变,熵不变. dA,(自由膨胀,dA=0) 又:dQ 0,(绝热)所以:dE 恒量温度降低? 13 一卡诺热机(可逆的),当高温热源的温度为127、低温热源温度为 27时,其每次循环对外作净功8000J.今维持低温热源的温度不变, 提高高温热源温度,使其每次循环对外作净功10000J.若两个卡诺循环 都工作在相同的两条绝热线之间,试求: 如图所示,用绝热材料包围的圆筒内盛有一定量的刚性双原子分子的理想气体,并用可活动的、绝热的轻活塞将其封住.图中K为用 来加热气体的电热丝,MN是固定在圆筒上的环,用来限制活塞向上 运动.、、是圆筒体积等分刻度线,每等分刻度为m .开始时活塞在位置,系统与大气同温、同压、同为标准状态.现将小 砝码逐个加到活塞上,缓慢地压缩气体,当活塞到达位置时停止 加砝码;然后接通电源缓慢加热使活塞至;断开电源,再逐步移 去所有砝码使气体继续膨胀至,当上升的活塞被环M、N挡住后拿 去周围绝热材料,系统逐步恢复到原来状态,完成一个循环. 15例:如图所示,用绝热材料包围的圆筒内盛有一定量的刚性双原子分子的理 想气体,并用可活动的、绝热的轻活塞将其封住.图中K为用来加热气体的 电热丝,MN是固定在圆筒上的环,用来限制活塞向上运动.、、是 圆筒体积等分刻度线,每等分刻度为110 -3 .开始时活塞在位置,系统与大气同温、同压、同为标准状态.现将小砝码逐个加到活塞上,缓慢地压 缩气体,当活塞到达位置时停止加砝码;然后接通 电源缓慢加热使活塞至;断开电源,再逐步移去所 有砝码使气体继续膨胀至,当上升的活塞被环M、N 挡住后拿去周围绝热材料,系统逐步恢复到原来状态, 完成一个循环. 系统开始处于标准状态a,活塞从为绝热压缩过程,终态为b; 除去绝热材料系统恢复至原态a,该过程为等体过程。该循环过程在p-V图上对应的曲线如图所示。 bc 活塞从为等压膨胀过程,终态为c;活塞从为绝热膨胀过程,终态为d;除去绝热材料系统恢复至原态a,该过程 为等体过程。该循环过程在p-V图上对应的曲线如图所示。 =310-3 =110-3 =210-3 在本题循环过程中ab和cd为绝热过程,不与外界交换热量; bc为等压膨胀过程, 吸收热量为 1065 1024 18