1.卡諾循環是一種理想循環,效率最高。
2.卡諾循環的效率為:
3.此效率公式隻適用於卡諾循環效率的計算,對其它循環並不適用。
【可逆過程和不可逆過程】熱力學係統由某一狀態出發經過某一過程達到另一狀態,如果存在另一過程,它能使係統和外界完全複原,則原來的過程稱為可逆過程,反之都是不可逆過程。
在理解這概念時應注意:
1.對可逆過程不能簡單理解為可以使係統複原,而必須存在一個過程,使係統和外界都複原,即可逆過程產生的一切影響在逆過程中可以完全消除。無摩擦、無耗散作用、無限緩慢的準靜態過程是可逆過程,所以自然界不可能存在真正的可逆過程。
2.對於不可逆過程不能理解為係統不能回到初態,而是清除不了對外界的影響,與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆過程。
【熱力學第二定律】
開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變為有用的功而不產生其它影響。
克勞修斯表述:不可能把熱量自低溫物體傳到高溫物體麗不引起其他變化。
在理解熱力學第二定律時應注意:
1.第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述分別說明功變熱的過程和熱傳導過程的不可逆性,通過證明兩種表述的等效性,說明這兩種不可逆過程之間的聯係。同樣,還可以證明其他不可逆過程之間也是互相聯係,它揭示了自然界的一條普遍規律:與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的,這也正是熱力學第二定律的實質和普遍意義。
2.要準確理解兩種表述的物理含意,並非是說吸收的熱量全都變成有用功是不可實現的(如等溫過程),隻是還需外界和係統互不發生影響就不可能了。製冷機可將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,但必須外界對其做功或說係統要求外界提供能量。
3.熱力學第二定律指出了自然過程進行的方向性和限度,熱力學第一定律說明任何過程中能量必須守恒,而熱力學第二定律則指出並非所有遵從能量守恒的過程都能實現。
4.熱力學第二定律具有統計意義,微觀上說,它與係統中大分子的無規則熱運動有關,熱力學第二定律揭示了實際宏觀過程的不可逆性和單個分子的微觀過程的可逆性的統一。與外界不發生任何相互作用的係統所發生的宏觀過程,總是由幾率小的宏觀狀態向幾率大的宏觀狀態進行。
7.3習題指導
本章的基本習題有以下幾方麵的內容:
1.利用熱力學第一定律解決熱力學係統在狀態變化過-中胡內能、熱力和功之間的相互聯係。
在應用熱力學第一定律時應注意以下幾點:
(1)W和Q必須采用同一單位,在國際單位製中統一用焦耳做單位。
(2)W和Q可正可負,按其符號規定取正負。
(3)由係統的初末狀態決定,隻要知道初末態就可計算AE,但是熱力學第一定律隻能計算,不能決定在某一狀態下的內能的絕對大小;W和Q是由過程決定,在同過程中,它們-具有不同的量值。
(4)要把P—V圖的定性分析和定量計算有機地結合起來,達到迅速和準確。
2.求解熱機效率問題
在計算熱機效率時要明確以下幾點:
(1)是指循環各過程中從外界吸>收的總熱量,而不是從外界吸收的“淨”熱量,因此在計算循環效率時要注意分辨各過程中吸收的總熱量與“淨”熱量。
我們為例說明這一點,理想氣體從狀態直線的過程到狀態溫度相同(在同一條等溫線上),由圖中可看出係統的溫度升高,在這一段係統從外界吸熱,使其一部分增加係統的內能,一部分對外作功;係統的溫度下降,這時係統的內能減少,可以證明(從略)在這一段係統的內能減少的數值大於係統對外界做功的數值,也就是說係統還要向外放出一部分熱,這樣由直線過程係統是吸收熱量向外作功。而內能不變,是係統在這一過程吸收的“淨”熱量而不是總熱量,因為這一直線過程中,係統從外界吸收的全部熱量Q中,一部分用來對外作功,還有一部分釋放給外界,即吸收的總熱量為=W+Q2,q2是係統放熱。可見各過程中吸收的總熱量與“淨”熱量是不同的概念,不要混淆。
7.4教學建議
一、內容處理
1.本章地位
熱力學主要研究與熱運動有關的過程中的能量轉化關係和過程的方向性。
從熱力學第一定律和第二定律這兩個定律出發,經過嚴密的邏輯推理便形成了熱力學的基本理論,因此,熱力學的研究方法是宏觀的方法,是以實驗事實為基礎。基本定律(熱力學第一、二定律)都是大量實驗事實的總結,因而熱力學的理論不僅有高度的可靠性和普遍性,而且應用於各個領域乃至經濟和生命科學等領域。因此學好這一章的內容具有重要和深遠的意義。