物理熱力學(xué)第一定律知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)(文件)
【正文】 上相交于一點(diǎn)A，如圖232所示。2．3．卡諾定理設(shè)有一過程，使物體從狀態(tài)A變到狀態(tài)B。氣缸中氣體迅速膨脹時(shí)，活塞附近氣體的壓強(qiáng)小于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，我們不能通過循環(huán)過程再將這部分熱量全部變?yōu)楣?；所以氣體迅速膨脹的過程是不可逆過程。在熱力學(xué)中，過程的可逆與否和系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)是否平衡密切相關(guān)。下面我們給予證明。我們用反證法，先設(shè)＞。反之，使卡諾機(jī)E正向運(yùn)行，而使可逆機(jī)逆行運(yùn)行，則又可證明＞為不可能，即只有=才成立，也就是說在相同的和兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆機(jī)，其效率均為。所以結(jié)論是≥，即在相同和的兩溫度的高低溫?zé)嵩撮g工作的不可逆機(jī)，它的效率不可能大于可逆機(jī)的效率。一般說來，一個(gè)不受外界影響的封閉系統(tǒng)，其內(nèi)部發(fā)生的過程，總是由概率小的狀態(tài)向概率大的狀態(tài)進(jìn)行，由包含微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)進(jìn)行，這是熱力學(xué)第二定律統(tǒng)計(jì)意義之所在。試用，和A來表示(2)當(dāng)室外溫度為30℃時(shí)，若這臺(tái)空調(diào)只有30%的時(shí)間處于工作狀態(tài)，室溫可維持在20℃。分析：夏天，空調(diào)機(jī)為制冷機(jī)，作逆向卡諾循環(huán)，從室內(nèi)吸熱，向室外放熱，對工作物質(zhì)作功。解：(1)夏天，空調(diào)器為制冷機(jī)，單位時(shí)間從室內(nèi)吸熱，向室外放熱，空調(diào)器的平均功率為P，則。13。通過熱傳導(dǎo)傳熱，由得因空調(diào)器連續(xù)工作，式中 ， (2)，而所求的是時(shí)對應(yīng)的值，記為，則解得。冬天剛好相反，空調(diào)器為熱機(jī)，作順向卡諾循環(huán)，從室外吸熱，向室內(nèi)放熱。(3)冬天，可將空調(diào)器吸熱、放熱反向。(1)夏天室外溫度恒為，啟動(dòng)空調(diào)器連續(xù)工作，最后可將室溫降至恒定的。對于熱功轉(zhuǎn)換，功轉(zhuǎn)化為熱是在外力作用下宏觀物體的有規(guī)則定向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過程，這種轉(zhuǎn)換的概率大，反之，熱轉(zhuǎn)化為功則是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^物體的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過程，這種轉(zhuǎn)化的概率小。按同樣方法可以證明＞為不可能，即只有≥。當(dāng)兩機(jī)一起運(yùn)行時(shí)，視他們?yōu)橐徊繌?fù)合機(jī)，結(jié)果成為外界沒有對這復(fù)合機(jī)作功，而復(fù)合機(jī)卻能將熱量從低溫?zé)嵩此椭粮邷責(zé)嵩?，違反了熱力學(xué)第二定律?，F(xiàn)使兩機(jī)結(jié)合，由可逆機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰嵯虻蜏責(zé)嵩捶艧幔湫??？ㄖZ循環(huán)中每個(gè)過程都是平衡過程，所以卡諾循環(huán)是理想的可逆循環(huán)卡諾定理指出：(1)在同樣高溫(溫度為)和低溫(溫度為)之間工作的一切可逆機(jī)，不論用什么工作物，效率都等于。所以，只有非常緩慢的亦即平衡的膨脹過程，才是可逆的膨脹過程。然后，將氣體壓回原來體積，活塞附近氣體的壓強(qiáng)不能小于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)，外界所作的功不能小于p△V。反之，如對于某一過程，不論經(jīng)過怎樣復(fù)雜曲折的方法都不能使物體和外界恢復(fù)到原來狀態(tài)而不引起其他變化，則此過程就是不可逆過程。這個(gè)循環(huán)只有一個(gè)單熱源，它把吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，即?1，并使周圍沒有變化。反之，也可以證明如果表述2不成立，則表述1也必然不成立。假設(shè)表述1不成立，亦即允許有一循環(huán)E可以從高溫?zé)嵩慈〉脽崃?，并全部轉(zhuǎn)化為功W。表述2：熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體轉(zhuǎn)向高溫物體。有一卡諾致冷機(jī)，從溫度為10℃的冷藏室吸取熱量，而向溫度為20℃的物體放出熱量。應(yīng)用絕熱方程 和 得 所以 卡諾熱機(jī)的效率我們再討論理想氣體以狀態(tài)a為始點(diǎn)，沿閉合曲線adcba所分的循環(huán)過程。如圖231所示，在理想氣體卡諾循環(huán)的PV圖上，曲線ab和cd表示溫度為和的兩條等溫線，曲線bc和da是兩條絕熱線?？ㄖZ循環(huán)是在兩個(gè)溫度恒定的熱源之間工作的循環(huán)過程。經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)，回到初始狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能不變。熱效率只依賴于壓縮比，η=%，實(shí)際效率只是上述結(jié)果的一半稍大些，因?yàn)榇罅康臒崃亢纳⒘?，沒有參與循環(huán)。解：對于絕熱過程，有恒量，結(jié)合狀態(tài)方程，有恒量。在熱機(jī)循環(huán)中，系統(tǒng)對外界所作的總功：(PV圖中循環(huán)曲線所包圍的面積)而且由熱力學(xué)第一定律可知：在整個(gè)循環(huán)中系統(tǒng)繞從外界吸收的熱量總和，必然大于放出的熱量總和，而且熱機(jī)效率表示吸收來的熱量有多少轉(zhuǎn)化為有用的功，是熱機(jī)性能的重要標(biāo)志之一，效率的定義為＜1例1一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)的壓縮比r=，熱機(jī)抽出的空氣和氣體燃料的溫度為27℃，在larm=壓強(qiáng)下的體積為，如圖222所示，從1→2是絕熱壓縮過程；2→3混合氣體燃爆，壓強(qiáng)加倍；從3→4活塞外推，氣體絕熱膨脹至體積；這是排氣閥門打開，壓強(qiáng)回到初始值larm(壓
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