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地震地热说原理：知识库2 热力学要点 Seisman 地震柱构造与热力学 1） 热力学第一定律 （1）准静态过程(或平衡过程)：系统从一个平衡态变化到另一个平衡态，过程进行得无限缓慢，使经历的一系列中间状态都无限接近平衡态的过程。准静态过程曲线见图 1。  图 1 理想气体的几种准静态过程 （2）热力学第一定律 热力学第一定律：系统从外界吸收的热量一部分使系统内能增加，另一部分则用来对外做功。它是包括热量在内的能量守恒和转换定律。 热力学第一定律适用于任何系统（固体、液体、气体）的任何过程。应用时，只要初态和末态是平衡态即可，中间过程所经历的各态不需要一定是平衡态。 （3）理想气体的等值过程 ① 等体过程 过程特征：气体体积V为恒量。 过程方程：p/T = 恒量。在 p-V 图上，等体过程线为平行于p轴的直线段。 在等体过程中，系统从外界吸收的热量全部用来增加系统的内能；或系统向外界放出热量并减少同样数量的内能。 ② 等温过程 过程特征：系统温度保持不变，即T = 恒量。等温过程曲线在p-V 图上为一段双曲线。 过程方程：pV＝恒量，初态与末态的状态参量关系为p1V1＝p2V2。 在等温过程中，理想气体吸收的热量全部用来对外做功。 ③ 等压过程 过程特征：系统内气体压强保持不变，即p。 过程方程：V/T =恒量，初态与末态的状态参量关系为V1/T1= V2/T2。在 p-V 图上等压过程曲线为平行横轴（V轴）的直线段。 在等压过程中理想气体吸收的热量一部分用来增加内能，另一部分则用来对外做功。 （4）绝热过程 绝热过程是系统在和外界无热量交换的条件下进行的过程。 绝热过程的功和内能：在绝热过程中，系统所做的功完全来自于内能的变化。 理想气体准静态绝热过程方程： pVγ = 常量 pγ-1T-γ = 常量 TVγ-1 = 常量 式中γ为理想气体的比热容比。 绝热线与等温线的比较(图2)：  图2 绝热线与等温线的比较 （5）循环过程 卡诺循环 热机 循环过程(循环)物质系统从某个状态出发，经过若干个不同的变化过程，又回到初始状态的整个过程。工作物质的内能是状态的单值函数，所以经历一个循环后ΔE=0。 正循环过程中的能量转换：在正循环过程中,系统将吸收的热量的一部分转化为有用功,另一部分放回给环境。 热机：将热能持续不断地转化为功的机器。它的工作物质做正循环。 卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成，即在循环过程中工质只与两个恒温热源交换能量。 卡诺热机：按卡诺正循环工作的热机。 以理想气体为工质的卡诺热机效率，其沿ABCDA进行正循环(图3)： ηc=1-T2/T1 卡诺热机的效率只与高、低温热源的温度有关，而与工质性质无关。
 图3 卡诺循环（热机）的p-V图 2) 热力学第二定律 (1) 热力学第二定律的开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其它变化。 (2) 热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不可能自动地从从低温物体传向高温物体。 从微观上看，任何热力学过程总包含大量分子的无序运动状态的变化。 热力学第一定律说明了热力学过程中能量要遵守的规律. 热力学第二定律则说明：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。 一切宏观自然过程都是不可逆过程,此即热力学第二定律的宏观物理意义。 (3) 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义。自然过程总是由热力学概率小的宏观状态向热力学概率大的宏观状态进行。由此可知热力学概率Ω值是分子运动无序性的一种量度。 ① 玻尔兹曼熵公式： S=klnΩ 式中，k为玻尔兹曼常量。S称为玻尔兹曼状熵（由于定义与微观状态的数目有关，也叫微观熵）。对于系统的某一宏观状态，有一个Ω值与之对应，因而也就有一个S与之对应。熵是系统的状态函数，具有可加性。和热力学概率Ω一样，熵的微观意义是系统内分子热运动的无序性的一种量度。 玻尔兹曼熵增加原理：在孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，它是不可逆的。平衡态相当于熵最大的状态。 ② 克劳修斯熵公式： 克劳修斯熵公式将熵和系统的宏观参量相联系，为具体计算熵与熵的变化提供了途径。 本文参照： 1.孙厚谦 热力学基础 http://jcjxb./new/webpage/wyzz/kj/kwfd/%E8%AF%BE%E5%A4%96%E8%BE%85%E5%AF%BC/%E6%95%99%E5%B8%88%E8%AE%B2%E4%B9%89/%E7%AC%AC10%E7%AB%A0.pdf 2.王竹溪 普通物理学（分子物理学和热力学部分） 人民教育出版社1961年8月第1版 谨此致谢。 （2011.8.2 初稿） |
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