“不引起其他變化”的條件。 如果沒(méi)有這個(gè)條件，熱量就可以從低溫物體傳遞到高溫物體。 二、熱力學(xué)第二定律的兩個(gè)表達(dá)式 1、開(kāi)爾文表達(dá)式：不可能從單一熱源吸收熱量，使其完全轉(zhuǎn)化為有用功而不引起其他變化。 開(kāi)爾文表達(dá)式也可以簡(jiǎn)單地描述為功不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚駝t第二種永動(dòng)機(jī)是不可能的。 “不引起其他變化”是條件。 如果沒(méi)有這個(gè)條件，熱量就可以全部轉(zhuǎn)化為功。 這種永動(dòng)機(jī)并不違反熱力學(xué)第一定律。 它可以利用大氣或海洋作為單一熱源，可以吸收幾乎取之不竭的熱量而做功。 2.克勞修斯指出：不可以將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化。 克勞修斯表達(dá)式的等價(jià)表達(dá)是：熱傳遞是不可逆的。 熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)是指出：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的。 熱力學(xué)第二定律可以用多種方式表達(dá)，但可以證明這些表達(dá)式是等價(jià)的。 自然過(guò)程的不可逆轉(zhuǎn)性導(dǎo)致樹(shù)葉永遠(yuǎn)掉落，水也無(wú)法回收； 欲復(fù)興，難矣；欲復(fù)興，難矣。 若欲破鏡熱力學(xué) 物理學(xué)家，無(wú)緣重逢；若欲破鏡，無(wú)緣重逢； 人生容易老去，返老還童只是幻想； 生米和熟米沒(méi)有辦法恢復(fù)。 大多數(shù)自然現(xiàn)象、歷史和人類(lèi)都是不可逆轉(zhuǎn)的。 生態(tài)環(huán)境的變化是不可逆轉(zhuǎn)的。 本課小結(jié)： 1.復(fù)習(xí)了正向循環(huán)（熱機(jī)循環(huán)）和反向循環(huán)（冰箱循環(huán)）的概念； 2.討論了熱力學(xué)第二定律的兩種表達(dá)式； 3.采用反證法證明了熱力學(xué)第二定律兩個(gè)表達(dá)式的等價(jià)性； 4、闡明了熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)。
家庭作業(yè)：1.5； 1.6； 1.7. §1.6 卡諾定理的應(yīng)用 1. 熱力學(xué)溫標(biāo)可逆卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率與工質(zhì)特性無(wú)關(guān)。 當(dāng)該循環(huán)在具有經(jīng)驗(yàn)溫度 t1 和 t2 的兩個(gè)熱源之間工作時(shí) 當(dāng)該循環(huán)在具有經(jīng)驗(yàn)溫度 t2 和 t3 的兩個(gè)熱源之間工作時(shí)。 當(dāng)循環(huán)在經(jīng)驗(yàn)溫度為t1和t3的兩個(gè)熱源之間工作時(shí)，函數(shù)的形式與溫標(biāo)的選擇有關(guān)。 現(xiàn)在選擇一個(gè)溫標(biāo)。 ，來(lái)表示溫標(biāo)測(cè)量的溫度，并以純水的三相點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)，嚴(yán)格定義其溫度為273.16K ** 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理講師：范建中 主要參考書(shū)目及文獻(xiàn)1.馬本坤等，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，高等教育出版社，1980年9月第1版。 2. 王志成，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，高等教育出版社，2003年3月第3版。 3. 彭匡鼎，李相如等.，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理實(shí)例與練習(xí)，高等教育出版社，第1版，1989年8月。 4. 苗勝清，王碧和，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理，安徽教育出版社，1986年7月第1版。 5. 李紅銀等。 ，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，河南大學(xué)出版社，1988年7月第1版。 6. F.瑞福著，周世勛等譯，《統(tǒng)計(jì)物理》，科學(xué)出版社，1979年9月第1版。 7. Л.Д 撰寫(xiě)。 和EM ，楊訓(xùn)凱譯，《統(tǒng)計(jì)物理》，人民教育出版社，1964年7月，第一版。 8. W. 、L. Ness、H. Stork，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，北京大學(xué)出版社，第 1 版，2001 年 12 月。 9. 馮宇光等，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理概論》，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，第 1 版，1993 年 6 月版。 10. 范建忠，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，科技文獻(xiàn)出版社，2005年7月。第一版簡(jiǎn)介。 熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的宏觀理論。 它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是從能量的轉(zhuǎn)化開(kāi)始。 以大量實(shí)踐總結(jié)出的若干基本宏觀規(guī)律為基礎(chǔ)，運(yùn)用嚴(yán)格的邏輯推理而形成的一整套熱現(xiàn)象理論。
正如偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦所指出的：“熱力學(xué)使用的是分析方法，而不是合成方法。構(gòu)成其基礎(chǔ)和起點(diǎn)的元素不是用假設(shè)構(gòu)建的，而是在經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。它們是自然過(guò)程的普遍特征。” ，即原理。 “統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是研究熱運(yùn)動(dòng)的微觀理論。 它從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，以微觀粒子所遵循的力學(xué)定律為基礎(chǔ)，然后利用概率統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行計(jì)算。 系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)及其變化規(guī)律。 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中國(guó)物理學(xué)家李政道認(rèn)為：“統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是理論物理學(xué)中最完美的學(xué)科之一，因?yàn)樗幕炯僭O(shè)很簡(jiǎn)單，但它的應(yīng)用卻很廣泛。物理學(xué)研究的目的是探索自然的基本原理，這基本原理簡(jiǎn)單，其數(shù)學(xué)表達(dá)不一定復(fù)雜，但其研究領(lǐng)域一定很廣泛，而統(tǒng)計(jì)物理就具備這個(gè)特點(diǎn)。” 第一章熱力學(xué)基本定律§1.1 熱力學(xué)。 基本概念一：熱力學(xué)系統(tǒng)與外部世界熱力學(xué)的研究對(duì)象稱(chēng)為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)。 它是由大量微觀粒子（可以是原子、分子、電子，也可以是場(chǎng)等特殊物質(zhì)）組成的有限的宏觀物體。 它的特點(diǎn)是時(shí)間和空間的宏觀尺度以及巨大的自由度。
根據(jù)系統(tǒng)各部分的物理、化學(xué)等性質(zhì)是否均勻，可將系統(tǒng)分為均勻系統(tǒng)和非均勻系統(tǒng)兩類(lèi)。 與系統(tǒng)互連的所有周?chē)鷮?duì)象或?qū)ο蠼M稱(chēng)為系統(tǒng)的外部世界，或簡(jiǎn)稱(chēng)為外部世界。 外界可以概括為對(duì)所研究的系統(tǒng)施加的一定的外部條件（如壓力、溫度、電磁場(chǎng)等），外界對(duì)系統(tǒng)的影響可以用外部條件來(lái)表示。 1、孤立系統(tǒng)：不與外界交互的系統(tǒng)稱(chēng)為孤立系統(tǒng)。 此時(shí)系統(tǒng)與外界既沒(méi)有能量也沒(méi)有物質(zhì)交換。 2、封閉系統(tǒng)：不與外界交換物質(zhì)但進(jìn)行能量交換的系統(tǒng)稱(chēng)為封閉系統(tǒng)。 3、開(kāi)放系統(tǒng)：不與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)稱(chēng)為封閉系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)放系統(tǒng)。 熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)由表征系統(tǒng)宏觀物理性質(zhì)的宏觀參數(shù)來(lái)描述。 這種用宏觀參數(shù)描述的狀態(tài)稱(chēng)為熱力學(xué)狀態(tài)或宏觀狀態(tài)，相應(yīng)的宏觀參數(shù)稱(chēng)為狀態(tài)參數(shù)。 熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)完全由一些獨(dú)立的物理量決定。 系統(tǒng)的狀態(tài)可以通過(guò)這些物理量的連續(xù)函數(shù)來(lái)描述，例如簡(jiǎn)單系統(tǒng)的自由能F(T,V)。 當(dāng)系統(tǒng)的溫度T和體積V確定后，系統(tǒng)的狀態(tài)就完全確定了。 狀態(tài)參數(shù)可分為內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。 內(nèi)部參數(shù)代表系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。 例如物理資源網(wǎng)，氣體的溫度、密度、介質(zhì)的極化強(qiáng)度等都是內(nèi)參； 外部參數(shù)代表系統(tǒng)外部世界的狀態(tài)，或者是施加在系統(tǒng)上的外部條件，例如容器的體積以及作用在系統(tǒng)上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度等，它們都是外部的參數(shù)。
狀態(tài)參數(shù)根據(jù)與系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)系也可分為廣延量和強(qiáng)度量?jī)深?lèi)。 在同一狀態(tài)下，與系統(tǒng)質(zhì)量成正比的狀態(tài)參數(shù)稱(chēng)為廣延量，如粒子數(shù)、體積、內(nèi)能等； 與系統(tǒng)質(zhì)量無(wú)關(guān)的狀態(tài)參數(shù)稱(chēng)為強(qiáng)度量，如溫度、壓力、密度等。兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)描述了三種平衡態(tài)和非平衡態(tài)。 孤立系統(tǒng)所達(dá)到的不再隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱(chēng)為熱力學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)平衡狀態(tài)。 不滿(mǎn)足上述條件的狀態(tài)稱(chēng)為非平衡狀態(tài)。 熱力學(xué)平衡狀態(tài)具有以下特點(diǎn)： 1、當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，雖然其宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化，但組成系統(tǒng)的大量微觀粒子仍然在不斷運(yùn)動(dòng)。 這只是這些微觀粒子運(yùn)動(dòng)的平均效果。 只是沒(méi)有改變。 因此，熱力學(xué)平衡狀態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，通常稱(chēng)為熱力學(xué)平衡。 2、均衡是一個(gè)理想化的概念，是一定條件下對(duì)實(shí)際情況的抽象和概括。 例如，在短時(shí)間內(nèi)，狀態(tài)變化極其緩慢的系統(tǒng)狀態(tài)可以視為平衡狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)時(shí)，可以采用局部平衡法來(lái)近似，即將系統(tǒng)劃分為許多更小的部分，每個(gè)部分本身近似處于平衡狀態(tài)。 3、在平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的宏觀量的值仍然會(huì)波動(dòng)。 但對(duì)于宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，波動(dòng)極小，一般情況下可以忽略不計(jì)。 4、當(dāng)系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡時(shí)，系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)不隨時(shí)間變化，系統(tǒng)內(nèi)部不發(fā)生宏觀物理過(guò)程（如熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散等）。
對(duì)于封閉系統(tǒng)和開(kāi)放系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只要有不斷的外部作用，系統(tǒng)在一定時(shí)間后就能達(dá)到其宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，但系統(tǒng)內(nèi)部仍然存在宏觀物理過(guò)程的狀態(tài)。 系統(tǒng)的這種狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，而是穩(wěn)定狀態(tài)。 5、孤立系統(tǒng)從某種非平衡狀態(tài)開(kāi)始，直到達(dá)到孤立系統(tǒng)應(yīng)有的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間稱(chēng)為弛豫時(shí)間，用符號(hào)τ表示。 其長(zhǎng)度由系統(tǒng)的性質(zhì)和弛豫機(jī)制決定。 非平衡態(tài)可分為近平衡態(tài)和遠(yuǎn)平衡態(tài)兩種非平衡態(tài)。 前者稱(chēng)為線性非平衡狀態(tài)，其變化趨于平衡。 這是一般熱力學(xué)中討論的非平衡問(wèn)題。 后者稱(chēng)為非線性非平衡態(tài)，由于遠(yuǎn)離平衡態(tài)而形成新的結(jié)構(gòu)，即耗散結(jié)構(gòu)。 這是比利時(shí)布魯塞爾學(xué)派的普里戈金于1969年提出的新概念。 6、當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)具有一定的狀態(tài)參數(shù)，宏觀上它們處處相同，不發(fā)生宏觀物理過(guò)程（僅存在是熱運(yùn)動(dòng)）； 當(dāng)系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有確定的狀態(tài)參數(shù)，宏觀上處處不同，發(fā)生宏觀物理過(guò)程（定向輸運(yùn)過(guò)程）； 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)有確定的狀態(tài)參數(shù)，宏觀上各處不同，發(fā)生宏觀物理過(guò)程（定向輸運(yùn)過(guò)程）； 在一定的平衡狀態(tài)下，描述熱力學(xué)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)所滿(mǎn)足的函數(shù)關(guān)系，稱(chēng)為狀態(tài)方程。
①理想氣體的狀態(tài)方程pV=nRT 其中n為理想氣體的摩爾數(shù)，R為通用氣體常數(shù)，R=8.31 J/K﹒ mol，NA 是阿伏加德羅常數(shù)，k 是玻爾茲曼常數(shù)。 ② 范德韋爾斯方程四狀態(tài)方程 對(duì)于氣體、液體和各向同性固體等不受外力場(chǎng)影響的均勻系統(tǒng)，狀態(tài)方程可表示為 f(T, p, V)=0 1. 方程氣體的狀態(tài)方程： ③氣體系統(tǒng)較準(zhǔn)確的狀態(tài)方程是Onnes方程，其中A、B、C、D分別稱(chēng)為第一、第二、第三。 ...維里()系數(shù)。 當(dāng)壓力趨于零時(shí)，上式應(yīng)過(guò)渡到理想氣體狀態(tài)方程，故第一維里系數(shù)A=RT。 其他維里系數(shù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。 這些維里系數(shù)是溫度的函數(shù)，與氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 2、簡(jiǎn)單固體和液體（均勻、各向同性）的狀態(tài)方程為V0為壓力p=0時(shí)的體積，T=T0，T0為常數(shù)。 α和κ的值很小，在一定溫度范圍內(nèi)可以近似視為常數(shù)。 3. 介電固體的狀態(tài)方程 當(dāng)均勻的電介質(zhì)置于電場(chǎng)中時(shí)，會(huì)發(fā)生極化。 極化過(guò)程中電介質(zhì)的體積變化很小。 當(dāng)溫度不太低時(shí)，均質(zhì)電介質(zhì)的狀態(tài)方程為： P 為電極化強(qiáng)度，E 為電場(chǎng)強(qiáng)度，a、b 為常數(shù) 4、順磁性固體的狀態(tài)方程 當(dāng)順磁性固體時(shí)置于磁場(chǎng)中，會(huì)發(fā)生磁化。
在通常的實(shí)驗(yàn)中，磁化過(guò)程是在一個(gè)大氣壓下進(jìn)行的，因此壓力是恒定的，并且只有很小的體積變化。 在高溫和弱磁場(chǎng)下，順磁固體的狀態(tài)方程為： 式中，m為磁化強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，a為與物質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。 上式也稱(chēng)為居里定律。 5. 物質(zhì) 與狀態(tài)方程相關(guān)的三個(gè)系數(shù)是定壓膨脹系數(shù)、定容壓力系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)，可以從循環(huán)關(guān)系式中得到[例1]。 分別用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的某種氣體體系的等壓膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)，其中a為常數(shù)，求出該氣體的狀態(tài)方程。 【解】以T和P為自變量，則V=V(T,p)。 兩邊同時(shí)乘以p，對(duì)兩邊積分得到方程。 與理想氣體狀態(tài)方程比較，可得 6。熱力學(xué)過(guò)程使系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化。 所經(jīng)歷的變化稱(chēng)為熱力學(xué)過(guò)程，或簡(jiǎn)稱(chēng)為過(guò)程。 1.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和非靜態(tài)過(guò)程如果過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，使得系統(tǒng)在過(guò)程中所經(jīng)歷的每一個(gè)狀態(tài)都可以視為平衡狀態(tài)，這樣的過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 反之，如果在過(guò)程中系統(tǒng)的平衡狀態(tài)被破壞到不可忽視的程度，這樣的過(guò)程稱(chēng)為非靜態(tài)過(guò)程。 通常，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程也稱(chēng)為平衡過(guò)程，非靜態(tài)過(guò)程也稱(chēng)為非平衡過(guò)程。 無(wú)限緩慢進(jìn)行的過(guò)程 (Δt>>τ) 是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 2、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)某個(gè)過(guò)程P到達(dá)狀態(tài)B，如果我們能找到另一個(gè)過(guò)程R，它可以將一切恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)（系統(tǒng)和外界都回到原來(lái)的狀態(tài)） ），則過(guò)程P稱(chēng)為可逆過(guò)程； 反之，如果找不到滿(mǎn)足上述條件的過(guò)程R，則稱(chēng)過(guò)程P為不可逆過(guò)程。
無(wú)摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是可逆過(guò)程 §1.2 熱力學(xué)與溫度第零定律 如果任意兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)必定處于熱平衡。 這種熱平衡的可傳遞性被稱(chēng)為熱力學(xué)第零定律。 1.熱力學(xué)第零定律。 溫度是熱力學(xué)系統(tǒng)的獨(dú)特狀態(tài)參數(shù)。 2.溫度（系統(tǒng)I和II達(dá)到熱平衡）（系統(tǒng)II和III處于熱平衡）（系統(tǒng)I和III處于熱平衡）I和II都與III達(dá)到熱平衡函數(shù)。 t代表系統(tǒng)的溫度。 溫度是表示相互接觸的一個(gè)系統(tǒng)和另一個(gè)系統(tǒng)是否處于熱平衡的物理量。 I Ⅱ ⅢⅢⅠ 圖1-2 若Ⅰ～Ⅱ且Ⅱ～Ⅲ，則Ⅰ～Ⅲ。 （表示處于熱平衡狀態(tài)，如圖1-2） 3、溫標(biāo)和溫度計(jì)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)（0～100℃）、華氏溫標(biāo)（32～212℉） 理想氣體溫度標(biāo)度：純水的三相點(diǎn)溫度規(guī)定為T(mén)tr=273.16K。 ptr 表示溫度計(jì)內(nèi)氣體在三相點(diǎn)的壓力。 當(dāng)溫度計(jì)內(nèi)氣體的壓力為p時(shí)，用線性關(guān)系規(guī)定此時(shí)的氣體溫度是各種氣體在壓力趨于零的極限條件下所決定的趨勢(shì)。 一個(gè)常見(jiàn)的極限溫度，這個(gè)極限溫標(biāo)稱(chēng)為理想氣體溫標(biāo)。 單位是開(kāi)爾文，用K表示，其大小與攝氏度相同。 熱力學(xué)溫標(biāo)是完全獨(dú)立于任何測(cè)溫物質(zhì)和性質(zhì)的溫標(biāo)。 它是根據(jù)熱力學(xué)第二定律引入的溫標(biāo)。
歷史上，是開(kāi)爾文首先提出的，也稱(chēng)為開(kāi)爾文溫標(biāo)。 由這個(gè)溫標(biāo)確定的溫度稱(chēng)為熱力學(xué)溫度，用T表示。理想氣體溫標(biāo)的原點(diǎn)（零度）就是熱力學(xué)溫標(biāo)的原點(diǎn)，稱(chēng)為絕對(duì)零。 熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系為 §1.3 熱力學(xué)第一定律 1. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中的功表達(dá)。 1、體積變化所做的功和外界對(duì)系統(tǒng)所做的功為如果過(guò)程是準(zhǔn)靜態(tài)的，活塞的摩擦阻力可以忽略不計(jì)，那么W的大小就是活塞的面積pV 圖上準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程曲線下的陰影面積。 系統(tǒng)對(duì)外所做的功是。 在非靜態(tài)過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)所做的功仍然等于外部壓力和活塞。 位移的乘積，但是2。液面膜面積變化所做的功如圖1-5所示。 將液面膜拉伸在金屬框架上。 長(zhǎng)度為l的金屬絲可以自由移動(dòng)。 液膜的表面張力系數(shù)為σ金屬絲。 當(dāng)dx準(zhǔn)靜態(tài)移動(dòng)時(shí)，外界對(duì)液面膜所做的功為3。磁介質(zhì)被磁化所做的功如圖1-6所示。 假設(shè)磁介質(zhì)的長(zhǎng)度為l，橫截面積為S，匝數(shù)為N。 線圈，并且認(rèn)為磁介質(zhì)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑。 當(dāng)接通電源時(shí)，當(dāng)改變電流的大小使磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)V，外部電源必須克服這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)才能執(zhí)行功，可以近似認(rèn)為介質(zhì)中的磁場(chǎng)和磁化強(qiáng)度是均勻的。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，安培環(huán)路定律中，m為磁化強(qiáng)度，μ0為真空磁導(dǎo)率。 如果以磁介質(zhì)為研究對(duì)象，則在準(zhǔn)靜態(tài)磁化過(guò)程中，磁介質(zhì)上的外磁化功為： 式中，M=Vm 為磁介質(zhì)的總磁矩。 4、電介質(zhì)極化所做的功當(dāng)外電場(chǎng)E使電介質(zhì)極化時(shí)，如圖1-7所示，當(dāng)外電場(chǎng)E使電介質(zhì)極化時(shí)，隨著電場(chǎng)E的變化，總電矩電介質(zhì)的 P 值也會(huì)發(fā)生變化。 令增量為 dP。 如果僅以電介質(zhì)作為研究對(duì)象，那么外部電場(chǎng)對(duì)電介質(zhì)所做的功就是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)所做的基本功。 一般可以表示為 其中yi 稱(chēng)為決定系統(tǒng)狀態(tài)（如體積V、面積A、磁矩M、電矩P 等）的廣義坐標(biāo)，Yi 稱(chēng)為對(duì)應(yīng)的廣義力yi（如壓力-p、表面張力系數(shù)σ、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、電場(chǎng)強(qiáng)度E等）。 傳熱：系統(tǒng)與外界之間不做任何宏觀功而傳遞熱量的過(guò)程 2.熱量的表示 熱量：熱交換過(guò)程中系統(tǒng)與外界之間傳遞的熱量 能量的計(jì)量： 熱容： In在一定過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高（或降低）1K時(shí)，系統(tǒng)吸收（或釋放）的熱容量與質(zhì)量成正比，因此是一個(gè)廣延量。 熱容的單位是定體積熱容、定壓熱容、比熱容的計(jì)算公式3、內(nèi)能的表示方法在一個(gè)過(guò)程中，如果系統(tǒng)狀態(tài)的變化完全是由于直接的機(jī)械或電的作用而沒(méi)有任何其他作用影響，該過(guò)程稱(chēng)為絕熱過(guò)程。 絕熱過(guò)程 過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)所做的功只與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。 絕熱過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W用來(lái)表示最終狀態(tài)B與初始狀態(tài)A之間的狀態(tài)函數(shù)U。其差函數(shù)U稱(chēng)為系統(tǒng)的內(nèi)能。 內(nèi)能是一個(gè)廣泛的量。 系統(tǒng)的內(nèi)能是系統(tǒng)中微觀粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與粒子間相互作用的勢(shì)能之和。 采用局部平衡的方法。 ，內(nèi)能的概念也可以擴(kuò)展到非平衡狀態(tài)的系統(tǒng)。 系統(tǒng)的內(nèi)能等于各局部子系統(tǒng)的內(nèi)能之和，可表示為 1. 絕熱過(guò)程 2. 焦耳實(shí)驗(yàn)結(jié)論 3. 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始狀態(tài) A 和終態(tài)后的內(nèi)能B給定，可以有無(wú)窮多個(gè)絕熱過(guò)程來(lái)完成這種狀態(tài)的變化。 所有這些過(guò)程（包括非靜態(tài)絕熱過(guò)程）中外界對(duì)系統(tǒng)所做的功是相等的。 第一熱力學(xué)積分定律的公式為4。 熱力學(xué)第一定律。 如果系統(tǒng)沒(méi)有經(jīng)歷絕熱過(guò)程，那么在此過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)所做的功不等于內(nèi)能的增加。 兩者之差就是系統(tǒng)吸收的熱量，即無(wú)窮大。 小型準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱力學(xué)第一定律的微分表達(dá)式。 熱力學(xué)第一定律的微分表達(dá)式對(duì)于絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)有：當(dāng)孤立系統(tǒng)中發(fā)生各種過(guò)程時(shí)，能量可以在子系統(tǒng)之間傳遞，但整個(gè)孤立系統(tǒng)的內(nèi)能是守恒的，即能量轉(zhuǎn)換和守恒定律。 當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)歷循環(huán)過(guò)程時(shí)，內(nèi)能不發(fā)生變化。 這意味著系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)過(guò)程所做的功等于它吸收的熱量。 如果外界沒(méi)有熱量的供應(yīng)，系統(tǒng)就無(wú)法對(duì)外做功。 熱力學(xué)第一定律也可以表達(dá)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的。 §1.4 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 1. 熱容與內(nèi)能的關(guān)系 對(duì)于簡(jiǎn)單的均勻氣體系統(tǒng)，在沒(méi)有外場(chǎng)的情況下，可以用 p、V、T 三個(gè)參數(shù)來(lái)描述狀態(tài)系統(tǒng)的。 在體積恒定的情況下，dV=0，則有熱力學(xué)第一定律，加上等壓條件dp=0，我們可以得到兩個(gè)，理想氣體的內(nèi)能1.焦耳定律或著名的自由膨脹焦耳實(shí)驗(yàn)將理想氣體引入真空，證實(shí)對(duì)于理想氣體，在一定溫度范圍內(nèi)，由理想氣體狀態(tài)方程求得，由CV、Cp和γ給出。 它可以被視為一個(gè)常數(shù)，因此積分得到 3. 理想氣體的多邊形過(guò)程。 當(dāng)理想氣體系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程時(shí)，假設(shè)其熱容為C，由熱力學(xué)第一定律即可求得。 對(duì)理想氣體狀態(tài)方程兩邊求導(dǎo)，令多邊形指數(shù)為多邊形。 過(guò)程方程 = 常數(shù) 0 絕熱過(guò)程 PV = 常數(shù) 1 ±∞ 等溫過(guò)程 0 V = 常數(shù) ±∞ 等容過(guò)程 P = 常數(shù) 0 等壓過(guò)程 系統(tǒng)對(duì)外界做功 過(guò)程方程多項(xiàng)式索引 z 熱容量項(xiàng)目 1698 英國(guó) , 獨(dú)立1705年發(fā)明了蒸汽機(jī)，主要用于礦井抽水。 當(dāng)時(shí)效率非常低。
1765年，瓦特在修理紐科門(mén)蒸汽機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行了重大改進(jìn)，將凝汽器與汽缸分離，發(fā)明了曲軸和齒輪傳動(dòng)裝置、離心調(diào)速器等，使蒸汽機(jī)現(xiàn)代化，大大提高了蒸汽機(jī)的效率。 效率使蒸汽機(jī)成為當(dāng)時(shí)普遍適合工業(yè)生產(chǎn)的通用原動(dòng)機(jī)，但當(dāng)時(shí)的效率只有3%左右。 熱機(jī)的發(fā)明和使用是18世紀(jì)中葉開(kāi)始的第一次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一。 熱機(jī)的研究促進(jìn)了熱力學(xué)的快速發(fā)展。 與熱力學(xué)相關(guān)的循環(huán)過(guò)程的研究是熱力學(xué)第一定律的輝煌成就。 為了提高熱機(jī)效率而進(jìn)行的卡諾循環(huán)研究，對(duì)于熱力學(xué)第二定律的建立也起到了關(guān)鍵作用。 熱機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介 §1.5 熱力學(xué)第二定律 1. 熱機(jī)與循環(huán) 1. 正向循環(huán)：循環(huán)過(guò)程的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)一周時(shí)，將從高溫?zé)嵩次誕1的熱量，并將Q2的熱量釋放到低溫?zé)嵩础?同時(shí)，系統(tǒng)輸出的凈功為W′=Q1-Q2，其值等于pV圖上循環(huán)曲線所圍成的面積。 正循環(huán)可以對(duì)外界做正功，是熱機(jī)的循環(huán)。 熱機(jī)的效率為p VAB 圖1-9 系統(tǒng)從初始狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列中間狀態(tài)，最后回到初始狀態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為循環(huán)過(guò)程。 如果循環(huán)過(guò)程是無(wú)耗散的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，則循環(huán)過(guò)程是可逆的； 如果循環(huán)過(guò)程是非靜態(tài)過(guò)程或耗散過(guò)程，則循環(huán)過(guò)程是不可逆的。 相應(yīng)的熱機(jī)分別稱(chēng)為可逆熱機(jī)和不可逆熱機(jī)。 熱機(jī)是一種能連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。 0.46 燃?xì)廨啓C(jī) 0.07 熱電偶 0.08 蒸汽機(jī)車(chē) 0.25 汽油機(jī) 0.37 柴油機(jī) 0.48 液體燃料火箭效率熱機(jī) 目前蒸汽機(jī)主要用于發(fā)電廠。
除蒸汽機(jī)外，熱機(jī)還包括內(nèi)燃機(jī)、噴氣機(jī)等，雖然它們的工作方式和效率不同，但其工作原理基本相同，都是不斷地將熱量轉(zhuǎn)化為功。 幾種設(shè)備的效率如下： 循環(huán)過(guò)程的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)一個(gè)周期時(shí)，會(huì)從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，并向高溫?zé)嵩瘁尫艧崃縌1。 同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外所做的功為W=Q1-Q2，其值等于pV圖上循環(huán)曲線所圍成的面積。 逆循環(huán)是外界對(duì)系統(tǒng)做正功熱力學(xué) 物理學(xué)家，是冰箱的一個(gè)循環(huán)。 其循環(huán)效率就是冰箱的制冷系數(shù)。制冷系數(shù)為2，逆循環(huán)：冰箱的循環(huán)就是冰箱的循環(huán)。 其工作原理如圖所示。 壓縮機(jī)冷凝器（減壓蒸發(fā)）冰柜Q1 Q2 W = Q1-Q2節(jié)氣門(mén)閥烘干機(jī)2， Cycle和 1. Cycle可逆 循環(huán)是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，由兩個(gè)等溫度過(guò)程和兩個(gè)完美的過(guò)程組成如圖1-12所示。 AB過(guò)程是一個(gè)等溫過(guò)程，系統(tǒng)吸收的熱量為1）在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g起作用的所有可逆熱發(fā)動(dòng)機(jī)都具有相同的效率，無(wú)論工作實(shí)質(zhì)如何， IS（2）在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g起作用的所有不可逆的熱發(fā)動(dòng)機(jī)，在相同條件下，加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的效率小于可逆熱發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。 也就是說(shuō)，定理的提議清楚地表明，理想的熱發(fā)動(dòng)機(jī)效率的上限不是1，而是理想的熱發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。 ①提高熱溫發(fā)動(dòng)機(jī)溫度差的高溫和低溫?zé)嵩吹男剩? ②減少熱發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)部分的耗散因子。 提高熱發(fā)動(dòng)機(jī)效率的有效方法是：低溫?zé)嵩吹臏囟葻o(wú)法降低，因此唯一的方法是增加高溫?zé)嵩吹臏囟炔p少耗散因子。