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本课件涵盖热力学两大定律：由准静态过程建立功、热与内能的关系，给出热容量、绝热过程与泊松公式，进而讨论循环过程、热机效率与卡诺循环；随后由过程方向性引入热力学第二定律的两种表述，并给出热力学概率、玻耳兹曼熵与熵增加原理。
§3.1准静态过程 过程中的每一状态都是平衡态 p—V图VPoⅠⅡ不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。
准静态过程：——过程中任意时刻，系统都无限接近平衡态要求： 系统状态的变化就是过程。
过程无限缓慢“无限”——过程进行的时间远大于由非平衡态到平衡态的过渡时间（驰豫时间）。
举例1：外界对系统做功气缸实际时间约为10-2s，可初级近似为准静态过程非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约10-3秒，如果实际压缩一次所用时间为1秒，就可以说是准静态过程。
实现：外界压强总比系统压强大一小量△P，就可以缓慢压缩。
系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△从是准静态过程 准静态过程可以用系统的状态图中一条曲线表示，（如P-V图、P-T图、V-T图）。
等温过程等容过程等压过程循环过程举例：系统（初始温度T1）从外界吸热。
§3.2功和热一、功做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）以气缸做功为例：准静态过程的体积功当V ，A>0，系统对外界做功当V ，A<0，外界对系统做功
PVV1V2ⅠⅡ 体积功的特点•功等于过程曲线下面积•做功与过程有关功是过程量二、热量:Q系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。
如：夏天的车胎膨胀现象功、热都能改变系统状态。
§3.3热力学第一定律系统在过程中能量守恒热源QA——热力学第一定律功是过程量，内能是状态量 热量也是过程量，系统从外界吸热，系统向外界放热热量
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各种不同过程中的A、Q、ΔE 等温：ΔE＝0Q＝A 等体（等容）：A＝0Q＝ΔE 等压：Q＝ΔE＋A若ΔT相同,Q却不同不同过程的热容量不同！
§3.4热容量“一定量气体温度升高一度，所吸收的热量”•比热(容)c，单位：J/kg· K•摩尔热容量C，单位：J/mol· K摩尔热容量C——理想气体温度升高1度，所吸收的热量。
等容摩尔热容量CV:——理想气体在等容过程中温度升高1度，所吸收的热量。
等压摩尔热容量Cp:——理想气体在等压过程中温度升高1度，所吸收的热量。
一、等容摩尔热容理想气体等容过程： 对克理想气体的等容过程：等容过程：
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一、等压摩尔热容理想气体等压过程：——迈耶公式比热容比γ：g=CCPV
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对克理想气体的等压过程：等压过程：
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三、理想气体内能克气体内能：四、等温过程
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§3.5理想气体的绝热过程过程中，不能或来不及与外界交换热量。
绝热层对克气体， 当A>0， T2<T1, 绝热膨胀使温度降低 当A<0， T2>T1, 绝热压缩使温度升高一、理想气体准静态绝热过程爆炸、气缸、声传播打气筒、空压机。
①②①/② ——泊松公式不定积分绝热方程VPo
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由点处斜率判断：二、绝热线与等温线系统从点出发，经历等温与绝热绝热线：等温线：绝热线比等温线更陡
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气体真空过程特点：三、气体绝热自由膨胀气体Q=0，W=0，△E=0过程中任意时刻，各处参数不同，属于非准静态过程。
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§3.6循环过程 一热力学系统，经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。
持续做功必须以循环为工作方式吸放A2热电厂发电的热力学过程 工质（工作物质）：用来吸热、做功的物质Q1 A1 Q2 A2吸热系统做功放热外界做功。
VPadcbA•内能不变•净功等于曲线包围面积•正循环：过程顺时针进行•逆循环：过程逆时针进行循环以吸热对外做功为目的，称为热机循环循环以从低温热源吸热为目的，称为制冷循环循环过程的特征：
能流图高温热源低温热源吸 Q放 热机循环效率：——热机效率
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a例3.6求空气标准奥托循环效率
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a1 2、3 4为绝热过程：1 2：3 4：压缩比：最大效率～55％实际效率～25％
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§3.7卡诺循环准静态循环，工质为理想气体，只和两个恒温热库交换热量。
1 2：等温膨胀T13 4：等温压缩T2。
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由绝热过程： 卡诺循环效率只与热源温度有关 实际热机的最大效率 指明了实际热机提高效率的途径•发电机组的主蒸汽压力约为T2=600 C°,T1=30 C°，卡诺效率为65％，实际效率约为30％左右。
§3.8致冷循环制冷循环的效率称为致冷系数高温热源低温热源卡诺制冷循环的致冷系数：
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2.某理想气体分别进行了如图所示的两个卡诺循环：I（abcda）和II（a’b’c’d’a’），且两条循环曲线所围面积相等。
设循环Ι的效率为 ，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，循环的效率为 '，每次循环在高温热源处吸的热量为Q'，则（A） < ',Q<Q',（B） < ',Q>Q',（C） > ',Q<Q' ,（D） > ',Q>Q' .[ B ]。
3.理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为S1和S2，则二者的大小关系是：（A）S1>S2。
（D）无法确定。
4.一定的理想气体,分别经历了上图的的过程,（上图中虚线为等温线）,和下图的过程（下图中虚线为绝热线）,判断这两个过程是吸热还是放热。
[ A ]（A）过程吸热,过程放热。
（B）过程放热,过程吸热。
（C）过程和过程都吸热。
（D）过程和过程都放热。
5.一定量的理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是：AB等压过程。
AC等温过程。
AD绝热过程,其中吸热最多的过程。
（D）既是A B也是A C,两过程吸热一样多。
解：（1）第二个循环热机的效率
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又：第二个循环所吸的热（2）
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§4.1自然过程的方向热不能自动转化为功。
功热转换过程具有方向性。
满足能量守恒的过程一定能实现吗。
功热转换过程：高温热源低温热源吸 Q放 做功 水动 升温做功 水动 降温。
或,唯一效果是热全部变成功的过程是不可能的。
热传导过程： 高温热源T1低温热源T2高温热源T1低温热源T2 热不能自动由低温物体传到高温物体。
传热过程具有方向性。
传热过程是不可逆的。
气体绝热自由膨胀的过程是不可逆的。
一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
气体的绝热自由膨胀：A 不可逆性：自动地或不引起外界的变化。
所有热现象都涉及到热功转换或热传导。
§4.2不可逆性的相互依存宏观过程不可逆性都是相互依存的，一个过程的不可逆性消失了，其它的也就不成立了。
1.假设：功变热的不可逆消失热可以全部变功 热量从低温物体自动传到高温物体 热传导的不可逆消失TT>T0热源T0热机高温热源低温热源T0。
2.假设：热传导的不可逆性消失高温热源T1低温热源T2热源T1热机 单一热源吸热全部做功 功热转换的可逆性消失
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2.假设：绝热自由膨胀的不可逆性消失 自动 A AQ 功热转换的可逆性消失宏观过程不可逆性都是相互依存的
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§4.2热力学第二定律及其微观意义 各种实际的宏观热力学过程都是不可逆的一、热力学第二定律的表述热力学第二定律：说明自然宏观过程按一定方向进行的规律与热现象有关的宏观过程的不可逆性宏观过程的方向性 宏观过程的不可逆性都是相互依存的 用任何一种与热现象有关的宏观过程都可以表述热力学第二定律等同
克劳修斯表述（年）：热量不能自动地由低温物体传向高温物体 开尔文表述（年）：唯一效果是热全部变成功的过程是不可能的（单热源热机或第二类永动机）两种表述方式是等价的！
二、热力学第二定律的微观意义例如，温度——所有分子的平均平动能。
体积——所有分子热运动可以到达的空间。
热力学系统的宏观性质是大量分子无序运动的集体表现 功 热：由分子的整体定向运动（有序），转变为更加无序的集体热运动。
热传导：从两个热平衡系统的局部有序(T1、T2)变为整体的无序（T无法区分）热二定律的微观意义——自然过程总是沿着从有序到无序的方向进行。
•只有4个粒子的气体自由膨胀气体绝热膨胀：气体分子在空间分布上的局部有序（较小空间），到更加无序。
“一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行” 热二定律的微观意义也可以表述为： 热二定律是一个统计规律，只适用于大量分子的集体。
§4.4热力学概率与自然过程的方向热传导、自由膨胀的过程是有序到无序的过程 非平衡态到新的平衡态的过程与非平衡态、平衡态对应的微观状态是什么。
宏观量仍以气体自由膨胀为例说明。
AB先讨论只有4个分子的情况：宏观上看ABABABABAB。
下表列出4个粒子在左右两侧各种分布所对应的微观状态数目。
| 宏观状态（左侧粒子数/右侧粒子数） | 微观状态数 | 出现的概率 |
|---|---|---|
| 左4 / 右0 | 1 | 1/16 |
| 左3 / 右1 | 4 | 4/16 |
| 左2 / 右2 | 6 | 6/16 |
| 左1 / 右3 | 4 | 4/16 |
| 左0 / 右4 | 1 | 1/16 |
说明：微观状态数按4个粒子各不相同的组合数计算，两侧粒子数相同时微观状态数最大，对应平衡态。
下表给出4个粒子各种左右分布的微观状态数与出现概率。
| 左侧粒子数 n | 微观状态数 | 出现的概率 |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 1/16 |
| 1 | 4 | 4/16 |
| 2 | 6 | 6/16 |
| 3 | 4 | 4/16 |
| 4 | 1 | 1/16 |
说明：在孤立系统中所有微观状态出现的可能性相同，概率由微观状态数除以总状态数16得到。
本页含分子分布的微观状态数，源文数字粘连，无法安全切分，待人工还原后补充。
任意宏观状态对应的微观状态数目用表示两侧粒子数相同时，最大，称为平衡态。
N/2Nn（左侧粒子数）nN～微观状态数目最大的宏观状态对应的就是平衡态,其它状态都是非平衡态。
而平衡态的实际上就是全部的微观状态数。
这就是为什么孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。
热力学概率是分子运动无序性的一种量度最无序的状态称为热力学概率。
§4.6可逆过程和卡诺定律实际热过程具有方向性或不可逆性（如功变热）有没有可逆过程。
可逆过程：一个过程，如果每一步都可在相反的方向进行而不引起外界的其它任何变化，则此过程称为可逆过程。
反之，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则此过程为不可逆过程。
过程不可逆并不是逆过程不能发生，而是说，要在外界留下痕迹。
过程可逆并不是逆过程自动发生，而是说，其逆过程与正过程合起来可使系统、外界完全复原。
气体膨胀和压缩无摩擦的准静态过程是可逆过程若外界压强总比系统大一无限小量，可实现缓缓压缩。
反之，若外界压强总比系统小一无限小量，缓缓膨胀。
p系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△热传递等温热传导，是有传热的可逆过程之必要条件。
由可逆过程组成的循环为可逆循环。
§4.7克劳修斯熵公式任意系统熵的计算公式可逆过程: 克劳修斯熵公式只适用于可逆过程 熵是状态函数，熵变与过程无关 不可逆过程熵变的计算，可以设计一个可逆过程，具有相同的始、末状态。例4.2例4.4
例:1摩尔气体绝热自由膨胀,由V1到V2,求熵的变化。
设计一可逆过程来计算a）PVV1V2ab123b）?孤立系统不可逆过程。
§4.8熵增加原理孤立系所进行的自然过程总是有序向无序过渡，即，总是沿着熵增加的方向进行孤立系可逆过程对任意热力学过程:孤立系自然过程“在孤立系统中进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，而可逆过程熵不变”——熵增加原理（熵增原理）孤立系统总是倾向于熵值最大。
例2：一乒乓球瘪了（并不漏气），放在热水中浸泡，它重新鼓起来，是否是一个“从单一热源吸热的系统对外做功的过程”，这违反热力学第二定律吗。
•球内气体的温度变了例：N个原子的单原子理想气体，装在体积内，温度为的微观状态数目Ω是多少。
解：利用积分得。
例3.理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为S1和S2，则二者的大小关系是：（A）S1>S2。
（D）无法确定。
例4.一定的理想气体,分别经历了上图的的过程,（上图中虚线为等温线）,和下图的过程（下图中虚线为绝热线）,判断这两个过程是吸热还是放热。
[ A ]（A）过程吸热,过程放热。
（B）过程放热,过程吸热。
（C）过程和过程都吸热。
（D）过程和过程都放热。
例5.一定量的理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是：AB等压过程。
AC等温过程。
AD绝热过程,其中吸热最多的过程。
（D）既是A B也是A C,两过程吸热一样多。
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