等壓過程:壓強(qiáng)保持不變的過程。在等壓膨脹過程中,系統(tǒng)從外界吸收的熱量有一部分用于系統(tǒng)內(nèi)能,其余部分用于對外界作功;在等壓壓縮過程中,外界對系統(tǒng)作的功和系統(tǒng)內(nèi)能的減少量都轉(zhuǎn)變?yōu)閭鹘o外界的熱量。即Qp=E2E1+W
理想氣體的定容摩爾熱容量和定壓摩爾熱容量理論(簡單應(yīng)用)
普適氣體常量的物理意義,1摩爾理想氣體在等壓過程中升溫1度時(shí)對外所作的功。即CpCr=R
泊松比 γ=Cp/Cv=(i+2)/i 理想氣體的這幾個(gè)量Cv,Cp,γ與氣體分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,即它們與分子運(yùn)動(dòng)的自由度有關(guān)。運(yùn)用這幾個(gè)量來對氣體的功、能、熱量進(jìn)行簡單計(jì)算。
等溫過程:由于溫度不變,因此系統(tǒng)的內(nèi)能不變,系統(tǒng)吸收的熱量全部用來對外做功。
五、絕熱過程(簡單應(yīng)用)
絕熱過程就是系統(tǒng)與外界之間無熱量傳遞的過程,因此在狀態(tài)變化時(shí),三個(gè)參量均會(huì)發(fā)生變化。
泊松方程(識(shí)記)
從PV圖上可見,絕熱線比等溫線更陡些,因?yàn)樵谙到y(tǒng)體積膨脹時(shí)要保持等溫必吸收熱量,而絕熱之后,沒有熱量可吸收,所以溫度降低,壓強(qiáng)減少。反之系統(tǒng)壓縮時(shí),無處釋放熱量,從而溫度上升,壓強(qiáng)增大。
對于絕熱過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,只要能運(yùn)用幾個(gè)公式:一個(gè)是內(nèi)能增量公式:
絕熱過程的功:
絕熱過程中,系統(tǒng)與外界無熱量傳遞,因此Q=0,系統(tǒng)消耗本身內(nèi)能對外作功而溫度降低(膨脹)或外界對系統(tǒng)所做功全部用于增加內(nèi)能而升高溫度。
六、循環(huán)過程(簡單應(yīng)用)
循環(huán)過程即一個(gè)物體系統(tǒng)經(jīng)歷一連串的變化最后又恢復(fù)到原來的初始狀態(tài)的整個(gè)過程。在PV圖上,一個(gè)循環(huán)過程形成一個(gè)閉合曲線,起點(diǎn)和終點(diǎn)是相同的。
熱機(jī)的效率就是η=W循環(huán)/Q1 即在一個(gè)循環(huán)中從高溫?zé)釒熘形盏臒崃恐杏邪俜种嗌僮優(yōu)橛杏玫墓。熱機(jī)的效率一定小于1。
熱機(jī)的循環(huán)過程在PV圖上均為順針方向進(jìn)行的,稱為正循環(huán)。
致冷機(jī)的循環(huán)過程是一個(gè)逆循環(huán)。致冷系數(shù)就是系統(tǒng)從低溫?zé)釒煳盏臒崃颗c外界提供的功之比。
七、宏觀過程的方向性(領(lǐng)會(huì))
先看一下結(jié)論:自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都涉及到熱轉(zhuǎn)換或熱傳導(dǎo)。而功熱轉(zhuǎn)換過程是不可逆的;熱量從高溫物體自動(dòng)傳向低溫物體的過程是不可逆的;氣體的自由膨脹過程是不可逆的。所以一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的。
第二部分:熱力學(xué)第二定律
這個(gè)定律其實(shí)就是上面指出的熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的不可逆性的規(guī)律?梢杂幸韵卤硎觯翰豢赡馨褵崃繌牡蜏匚矬w傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響;不可能從單一熱庫吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響;即第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。
那么熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是什么?這就從熱力學(xué)系統(tǒng)的微觀狀態(tài)來進(jìn)行研究分析,根據(jù)對微觀分子狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)和概率分析,得出這樣的結(jié)論,在宏觀孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過程,總是由微觀狀態(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。
用一個(gè)符號Ω來表示任一宏觀狀態(tài)所包含的微觀狀態(tài)數(shù)目為該宏觀狀態(tài)的熱力學(xué)概率。
熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量作無序運(yùn)動(dòng)的分子組成的。
相應(yīng)的,熱力學(xué)第二定律就可理解為:在宏觀孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的實(shí)際過程,就是沿著熱力學(xué)概率大的宏觀狀態(tài)進(jìn)行,總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行。
這是一條統(tǒng)計(jì)規(guī)律,因?yàn)檫@是大量無序運(yùn)動(dòng)的分子的宏觀表現(xiàn),如果只有少數(shù)分子,那么它就不適用此規(guī)律。同時(shí),這條定律指出的只是過程進(jìn)行的最概然方向,從理論上講,孤立系統(tǒng)的熱力學(xué)概率Ω值和無序性變小的過程也可能發(fā)生,但是根據(jù)概率統(tǒng)計(jì),其在實(shí)際上發(fā)生的可能性極小,所以一般不會(huì)出現(xiàn)或觀測不到。
為了把這個(gè)定律進(jìn)行定量的表示,我們引進(jìn)“熵”概念,用S表示,這個(gè)玻爾茲曼關(guān)系公式應(yīng)記。
S=klnΩ 這個(gè)k就是玻爾茲曼常量 1.38×1023 J/K
熵增加原理也就是熱力學(xué)第二定律的又一表述:在宏觀孤立系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的實(shí)際過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行,即 ΔS>0
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