文档介绍：《热学》课程论文
院系:物理学系
摘要:
热力学第一定律其实是包括热现象在内的能量转换与守恒定律。热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定律。热力学所研究的物质宏观性质,特别是气体的性质,经过气体动理论的分析,才能了解其基本性质。气体动理论,经过热力学的研究而得到验证。两者相互补充,不可偏废。人们同时发现,热力学过程包括自发过程和非自发过程,都有明显的单方向性,都是不可逆过程。但从理想的可逆过程入手,引进熵的概念后,就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆性。因此,在热力学中,熵是一个十分重要的概念。
关键词:
(1)热力学第一定律(2)卡诺循环(3)热力学第二定律(4)熵
正文:
在一般情况下,当系统状态变化时,作功与传递热量往往是同时存在的。如果有一个系统,外界对它传递的热量为Q,系统从内能为E1的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态,同时系统对外做功为A,那么,不论过程如何,总有:
Q= E2—E1+A
上式就是热力学第一定律。意义是:外界对系统传递的热量,一部分是系统的内能增加,另一部分是用于系统对外做功。不难看出,热力学第一定律气其实是包括热量在内的能量守恒定律。它还指出,作功必须有能量转换而来,很显然第一类永动机违反了热力学第一定律,所以它根本不可能造成的。
物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态,这样的周而复始的变化过程称为循环过程,或简称循环。经历一个循环,回到初始状态时,内能没有改变,这是循环过程的重要特征。卡诺循环就是在两个温度恒定的热源(一个高温热源,一个低温热源)之间工作的循环过程。在完成一个循环后,气体的内能回到原值不变。卡诺循环还有以下特征:
要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源:
卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关,高温热源的温度越高,低温热源的温度越低,卡诺循环效率越大,也就是说当两热源的温度差越大,从高温热源所吸取的热量Q1的利用价值越大。
卡诺循环的效率总是小于1的(除非T2 =0K)。
那么热机的效率能不能达到100%呢?如果不可能到达100%,最大可能效率又是多少呢?有关这些问题的研究就促进了热力学第二定律的建立。
第一类永动机失败后,人们就设想有没有这种热机:它只从一个热源吸取热量,并使之全部转变为功,它不需要冷源,也没有释放热量。这种热机叫做第二类永动机。经过无数的尝试证明,第二类永动机同样式一种幻想,也是不可能实现的。就上面介绍的卡诺循环,它也是个理想循环,工作物质从高温热源吸取热量后,经过卡诺循环,总是向低温热源放出一部分的热量,才能回复到初始状态,所以说卡诺循环的效率不可能达到1。
热力学第二定律开尔文叙述是这样的:不可能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之全都变为有用的功,而不产生其他影响。从文字上看,热力学第二定律开尔文叙述反映了热功转换的一种特殊规律。1850年,克劳修斯在大量实验的基础上提出了热力学第二定律的另外一种说法:热量不可能自动地从低