2.3.3.卡诺定理 设有一过程.使物体从状态A变到状态B.对它来说.如果存在另一过程.它不仅使物体进行反向变化.从状态B回复到状态A.而且当物体回复到状态A时.周围一切也都各自回复到原状.则从状态A进行到状态B的过程是个可逆过程.反之.如对于某一过程.不论经过怎样复杂曲折的方法都不能使物体和外界恢复到原来状态而不引起其他变化.则此过程就是不可逆过程. 气体迅速膨胀是不可逆过程.气缸中气体迅速膨胀时.活塞附近气体的压强小于气体内部的压强.设气体内部的压强为P.气体迅速膨胀-微小体积△V.则气体所作的功W.小于p△V.然后.将气体压回原来体积.活塞附近气体的压强不能小于气体内部的压强.外界所作的功不能小于p△V.因此.迅速膨胀后.我们虽然可以将气体压缩.使它回到原来状态.但外界多作功,功将增加气体的内能.而后以热量形式释放.根据热力学第二定律.我们不能通过循环过程再将这部分热量全部变为功,所以气体迅速膨胀的过程是不可逆过程.只有当气体膨胀非常缓慢.活塞附近的压强非常接近于气体内部的压强p时.气体膨胀-微小体积△V所作的功恰好等于p△V.那么我们才能非常缓慢地对气体作功p△V.将气体压回原来体积.所以.只有非常缓慢的亦即平衡的膨胀过程.才是可逆的膨胀过程.同理.只有非常缓慢的亦即平衡的压缩过程.才是可逆的压缩过程.在热力学中.过程的可逆与否和系统所经历的中间状态是否平衡密切相关.实际的一切过程都是不可逆过程. 卡诺循环中每个过程都是平衡过程.所以卡诺循环是理想的可逆循环卡诺定理指出:(1)在同样高温(温度为)和低温(温度为)之间工作的一切可逆机.不论用什么工作物.效率都等于.(2)在同样高低温度热源之间工作的一切不可逆机的效率.不可能高于可逆机.即 ≤. 下面我们给予证明. 设高温热源.低温热源.一卡诺理想可逆机E与另一可逆机.在此两热源之间工作.设法调节使两热机可作相等的功W.现使两机结合.由可逆机从高温热源吸热向低温热源放热.其效率.可逆机所作功W恰好提供给卡诺机E.而使E逆向进行.从低温热源吸热.向高温热源放热.其效率为.我们用反证法.先设>.由此得<.即<.当两机一起运行时.视他们为一部复合机.结果成为外界没有对这复合机作功.而复合机却能将热量从低温热源送至高温热源.违反了热力学第二定律.所以>不可能.反之.使卡诺机E正向运行.而使可逆机逆行运行.则又可证明>为不可能.即只有=才成立.也就是说在相同的和两温度的高低温热源间工作的一切可逆机.其效率均为. 如果用一台不可逆机来代替上面所说的.按同样方法可以证明>为不可能.即只有≥.由于是不可逆机.因此无法证明≤.所以结论是≥.即在相同和的两温度的高低温热源间工作的不可逆机.它的效率不可能大于可逆机的效率. 【查看更多】

 

题目列表(包括答案和解析)

一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动,圆盘加速转动时,角速度的增加量△与对应时间△t的比值定义为角加速度β(即).我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验:(打点计时器所接交流电的频率为50Hz,A、B、C、D……为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出)

①如图甲所示,将打点计时器固定在桌面上,将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔,然后固定在圆盘的侧面,当圆盘转动时,纸带可以卷在圆盘侧面上;

②接通电源,打点计时器开始打点,启动控制装置使圆盘匀加速转动;

③经过一段时间,停止转动和打点,取下纸带,进行测量.

   (1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示,圆盘的半径r为      cm;

   (2)由图丙可知,打下计数点D时,圆盘转动的角速度为_      rad/s;

   (3)纸带运动的加速度大小为       m/s2,圆盘转动的角加速度大小为      rad/s2;

   (4)如果实验测出的角加速度值偏大,其原因可能是         (至少写出1条).

II.(9分)2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们对石墨烯的研究,他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的.我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨,能导电.某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验,得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压):实验室提供如下器材:

    A.电流表A1(量程0.6A,内阻约为1.0Ω)

    B.电流表A2(量程3A,内阻约为0.1Ω)

    C.电压表V1(量程3V,内阻3kΩ)

    D.电压表V2(量程15V,内阻15kΩ)

    E.滑动变阻器R1(阻值0~10Ω,额定电流2A)

    F.滑动变阻器R2(阻值0~2kΩ,额定电流0.5A)

   (1)除长约14cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E(6V)、开关和带夹子的导线若干外,还需选用的其它器材有         (填选项前字母)(2)在虚线方框中画出实验电路图;

   (3)根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I-U图线.

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一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动,圆盘加速转动时,角速度的增加量△与对应时间△t的比值定义为角加速度β(即).我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验:(打点计时器所接交流电的频率为50Hz,A、B、C、D……为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出)

①如图甲所示,将打点计时器固定在桌面上,将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔,然后固定在圆盘的侧面,当圆盘转动时,纸带可以卷在圆盘侧面上;

②接通电源,打点计时器开始打点,启动控制装置使圆盘匀加速转动;

③经过一段时间,停止转动和打点,取下纸带,进行测量.

   (1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示,圆盘的半径r为      cm;

   (2)由图丙可知,打下计数点D时,圆盘转动的角速度为_      rad/s;

   (3)纸带运动的加速度大小为      m/s2,圆盘转动的角加速度大小为      rad/s2;

   (4)如果实验测出的角加速度值偏大,其原因可能是        (至少写出1条).

II.(9分)2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们对石墨烯的研究,他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的.我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨,能导电.某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验,得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压):实验室提供如下器材:

    A.电流表A1(量程0.6A,内阻约为1.0Ω)

    B.电流表A2(量程3A,内阻约为0.1Ω)

    C.电压表V1(量程3V,内阻3kΩ)

    D.电压表V2(量程15V,内阻15kΩ)

    E.滑动变阻器R1(阻值0~10Ω,额定电流2A)

    F.滑动变阻器R2(阻值0~2kΩ,额定电流0.5A)

   (1)除长约14cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E(6V)、开关和带夹子的导线若干外,还需选用的其它器材有         (填选项前字母)(2)在虚线方框中画出实验电路图;

   (3)根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I-U图线.

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