2022-2023学年高二物理竞赛课件：热学习题

热学习题 1 理学院 物理系 陈强 理学院 物理系 陈强 1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如图所示。 (1) 作出 pV 图 (2) 此循环效率 解 例 求 c a b 600 2 1 a c 1 600 300 b 2 T(K） V（10-3m3） O V（10-3m3） O p（103R） (2) ab是等温过程，有 bc是等压过程，有 (1) pV 图 ca是等体过程 循环过程中系统吸热 循环过程中系统放热 此循环效率 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程组成，先把工质由初态A（V1， T1）等温压缩到B（V2 ， T1） 状态，再等体降温到C （V2， T2）状态，然后经等温膨胀达到D （V1， T2） 状态，最后经等体升温回到初状态A，完成一个循环。 该致冷循环的致冷系数 解 例 求 在过程CD中，工质从冷库吸取 的热量为 在过程中AB中，向外界放出的 热量为 A B C D V p O 整个循环中外界对工质所作的功为 循环的致冷系数为 不可能用有限的手段使物体冷却到绝对零度。 ——绝对零度不能达到原理 ——热力学第三定律 用热力学第二定律证明：在pV 图上任意两条绝热线不可能相交 反证法 例 证 a b c 绝热线 等温线 设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程该中 V p O 这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。 地球上的人要在月球上居住，首要问题就是保持他们的起居室处于一个舒适的温度，现考虑用卡诺循环机来作温度调节，设月球白昼温度为1000C，而夜间温度为 1000C，起居室温度要保持在200C，通过起居室墙壁导热的速率为每度温差0.5kW， 白昼和夜间给卡诺机所供的功率 解 例 求 在白昼欲保持室内温度低,卡诺机工作于致冷机状态,从室内吸取热量Q2 ,放入室外热量Q1 则 在黑夜欲保持室内温度高，卡诺机工作于致冷机状态，从室外吸取热量Q1， 放入室内热量Q2 每秒钟从室内取走的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即 解得 说明 此种用可逆循环原理制作的空调装置既可加热，又可降温，这即是所谓的冷暖双制空调。 每秒钟放入室内的热量为通过起居室墙壁导进的热量，即 10 例: 一摩尔理想气体从初态a(P1,V1,T1)经某过程变到末态b(P2,V2,T2) ，求熵增。设CV、CP均为常量。 P O V 解：如图， (1)拟定可逆过程I (acb) a (P1V1T1)  c (P1V2Tc) b (P2V2T2) c (P1V2Tc ) P1 V1 V2 a (P1V1T1) b (P2V2T2 ) I 理学院 物理系 陈强 11 可得 (2)拟定可逆过程II (adb) 如上图， P O V P2 V1 d (P2V1Td ) II c (P1V2Tc ) P1 V2 a (P1V1T1) b (P2V2T2 ) I a (P1V1T1)  d (P2V1Td)  b (P2V2T2) 可得同样结果(请自己练习) 此例也可以拟定一个任意的可逆过程(应便于计算). 熵增确实只决定于始、末状态，和具体过程无关 理学院 物理系 陈强 12 讨论： 能源危机的实质，能量的退化 “宇宙热寂说” 生命系统和负熵 孤立系统中自发过程方向性不可逆  孤立系统中自发过程总是使系统的熵增加 微观上怎样理解？ 问题：微观粒子的运动是可逆的，而宏观热现象是不可逆的，是否矛盾？ 理学院 物理系 陈强 $