热力学第一定律中的悖论课件.ppt

1、 理发师悖论 这是由著名数学家、哲学家罗素提出的。一个理发师的招牌上写着：告示：城里所有不自己刮脸的男人都由我给他们刮脸，我也只给这些人刮脸。一个带轻质挡板的密闭容器，挡板可左右移动，容器中充满理想气体，压力为p0，体积为V0，物质的量为n，与外界压力平衡。现突然人为地将外压减小至p外（p0p外）并保持恒压，则气体将推动挡板向右移动。假定移动过程中体系和环境始终处 于恒温状态，温度为T，并假设一切摩擦均不存在，忽略挡板质量。我们来研究挡板向右移动的过程。设内外压力相等时，气体体积为Ve，此时气体压力为p外。设在移动过程中气体体积为V时，压力为p。热力学第二定律的挑战1876年Maxwell曾提

2、出一个设想，他设有一个能观察并分辨所有分子运动速度和轨迹的小精灵，把守着装有气体的容器 内隔板上的一个小孔的闸门，看到左边来的高速运动的分子，就放开闸门让它到右边去，看到右边来了低速运动的分子就打开闸门让它到左边去。假定闸门是完全无摩擦力的，于是小精灵无需做功，就可以使高速 运动的分子集中到右边，低速运动的分子集中到左边，其结果是左边的气体越来越冷，右边的气体越来越热。冷者越冷，热者越热，这违反了热力学第二定律，人们把这个小精灵称为麦克斯韦妖（Maxwell Demon)。能量是否守恒的争论能量是否守恒的争论 围绕能量守恒定律第一次争论，是镭放射的巨大能量的来源和如何解释的问题。彭加勒在190

3、6年提出镭放射的能量“推翻了能量守恒定律”和发现电子的静质量为0“推翻了质量守恒定律”，因而使19世纪末的物理学遇到了严重的危机。在维护能量守恒原理的科学家之中，又分为两种。一种认为放射性的巨大能量是放射性物质从外部空间中的以太、气体或其他射线中长期吸收和积聚起自己的能量。开尔文在1903年就提出镭的放射性能来自于其原子长期吸收空间的以太形成的。也有科学家主张能量守恒定律在放射性过程中仍然正确，并从原子内部自发分裂方面寻找辐射的根源。关于能量守恒的第二次争论,是B衰变过程中能量是否守恒问题。由于问题的实质关系到能量守恒定律在核物理中是否适用的原则问题，并且又是由玻尔这样的物理权威提出和由鲍利加

4、以反对，自然引起物理学家的极大关注。永动机 近代的永动机，最早的应是帕莱格林努斯（Peter Peregrinnus）于1256年把磁力转化为动能的扭轴罗盘，他称之为“永动机”。1518年兹马拉（Zimara）利用阿基米德螺旋制造的抽水机将水提升，并且使其余力驱动上冲式水轮，以推动磨旋转。英国的第一个永动机专利是在1635年申请的，期限为14年。18世纪60年代伦敦钟表匠科克斯（James Cox）和他的助手梅尔林（Joseph Merlin）利用气压机的压力变化，推动钟运转，直至19世纪30年代永未停过，十分著名。据统计，美国至1904年有600个以上的永动机发明专利许可证。英国从1855年

5、之后有575个永动机专利。热力学第一定律在理论上得出第一类永动机不可能制成的结论。永动机的设想并未完全停止。甚至在70年代还出现过永动机的设计。长明灯思考题1.1mol理想气体A,从始态B经途径1到达终态C时,系统,系统与环境交换了Q(1)=-15kJ，W(1)=10kJ。若1mol理想气体A从同一始态B出发经途径2到达同一终态C时，系统与环境交换了Q(2)=-10kJ，则此过程系统与环境交换的W(2)=_kJ，整个过程系统的热力学能变化U=_kJ.2.已知水在100oC时的vapHm=40.63kJ/mol，若有1mol、p=101.325kPa、t=100oC的水蒸气在恒T、p下凝结为同温

6、、同压得液体水，则此过程的W=_kJ,U=_kJ.3.正丁醇n-C4H9OH(l)（以A表示）与二乙醚(C2H5)2O(l)（以B表示）为同分异构体。若已知25oC下，fHm(A,l)=-327.1kJ/mol，fHm(B,l)=-251.8kJ/mol，cHm(A,l)=-2675.8kJ/mol，则cHm(B,l)=_kJ/mol.4.在一容积为5升的绝热、密封容器中发生一化学反应，反应达终态后，容积体积不变但是压力增大了2026.5kPa，则体系反应前后的H=_J。5.1mol某理想气体的Cv,m=1.5R，当该气体由p1、V1、T1的始态经一绝热过程后，系统终态的p2V2乘积与始态的p1V1之差为1kJ，则此过程的W=_,H=_J.