大学物理第17章热力学第一定律.ppt

Date1DUT 余 虹 Date2DUT 余 虹 17.1 准静态过程 一、热平衡态与状态参量 T1T2 系统自动演化到唯 一的终态均匀 态平衡态 不同温度的物 体相互接触 达到同一温度 。 T 墨水滴到水里颜色均匀 热平衡态不受外界影响，一个系统的宏观热力学 性质不随时间改变的状态。 描述平衡态系统可以用宏观状态参量：P、V、T 注意：这里的平衡是动态平衡，微观上并非静止； 宏观状态参量也有涨落，只是平均值不随时间变化 Date3DUT 余 虹 PF P 0 V PVT P V T PF P-V图上一个点 一个平衡态 一个过程能在P-V图上用一 条线描述准静态过程。 P 0 T V 0 T 二、准静态过程 Date4DUT 余 虹 17.2 热力学第一定律 一、系统的内能 焦耳实验 A外+ A非保内= E M+ E00 实验结果T 系统的内能与温度有关 绝 热 壁 U是系统热力学状态的单值 函数，其变化可以用系统绝 热时，外界对系统 所作的 功来量度。 理想气体的内能是温 度的单值函数。 Date5DUT 余 虹 P1 F P 2 F x dx P 0 V P1V1 P2V2 系统作功 活塞位移 P1V1 P2V2 dV 0 A 0 系统作正功 dV 0 吸热热A0 系统对统对 外界作 功 Q0 内能增加E2 E1 Q P 0 V （P2VT2） （P1VT1 ） Q 系统放热Q T1 T20 V2V1 系统对外作功 A 0 T2 T1 内能增加E2 -E1 0 V2 V1 系统对外作功 A 0 系统吸热Q 0 V2 0 Q吸Q放 正循环 致冷机 A0 Q吸Q放 逆循环 一、一般循环过程 Date18DUT 余 虹 讨论 正循环 P 0 V （1） （2） （3） （1） 讨论热机的效率。 T （3）（2） V Q=0 Q1 Q2 吸热热作功 （1）（2 ） +Q1+A1 （2）（3 ） -Q20 （3）（1 ） 0 -A2 Q1-Q2=A1-A2=A 净功 Q吸-Q放 = A 热机 效率 希望系统多作功，少吸热 越大越好。 Date19DUT 余 虹 讨论 逆循环 P 0 V （1） （2） （3） （1） 讨论致冷系数 T （2）（3） V Q=0 - Q1 Q2 吸热热作功 （1）（2 ） 0+A2 （2）（3 ） +Q20 （3）（1 ） -Q1-A1 Q2-Q1=A2-A1=A0 外界作功 Q吸+ A外= Q放 致冷 系数 希望外界少作功，多从低温热源吸热 越大越好。 Date20DUT 余 虹 例题1mol单原子理想气体作循环（如图），已知： P =2P、V =2V，求：（1）作正循环时， = ？（2）作逆循环时， =？ P 0 V P P V V 1 23 4 解（1） Q12 Q23 Q34 Q41 Q 吸=Q12+Q23 由P =2P T2=2T1 V A=循环线所围面积 =（P-P）（V -V） =2P1V1=2RT1 由V2=2V2 T3=2T2 P Date21DUT 余 虹 1 23 4 P 0 V P P V V Q21 Q32 Q43 Q14 解（2） Q 吸=Q14+Q43 =5.5 Date22DUT 余 虹 卡诺（N.carnot）法国物理学家认为由实验 改进蒸汽机的效率是碰运气，必须从理论上找出依据 。 问题 1、热机效率是否存在极限？ 2、热机效率与工作物质有无关系 ？ T1 T2 理想化热机 卡诺热机 Q1 A=Q1 - Q2 Q2 2 个 等温过程 2 个 绝热过程 二、卡诺循环 Date23DUT 余 虹 P 0 V （1） （2） （3） Q1 Q2 （4） T1 T2 V1 V4 V2 V3 吸热热作功内能 （1）（2 ） Q1A10 （2）（3 ） 0A2E= -A2 （3） （4 ） -Q2-A30 （4） （1 ） 0-A4E=A4 Q1-Q2=A1-A3（净净功）0 （2）（3） （4）（1） A 卡诺热机 Date24DUT 余 虹 1、任何热机的最大效率与工作物质无关，提高效率 的办法 T1 ； T2 。一般 0 2、产生最大效率的必要条件是，过程中不存在任何 不是由于体积膨胀而引起的温度变化（即没有热辐 射、摩擦、漏气）。满足这点，称为可逆机。 3、单独供热不能给出动力（没有冷，热将无用，当 热从高温传向低温过程中才可能产生推力。）P -V图上一条等温线与一条绝热线不可能有多于1个的 交点。P-V图上一条等温线与一条绝热线不可能 形成闭合回路。 Date25DUT 余 虹 T1 T2 -Q1 A外 Q2 卡诺致冷机 P 0 V （1） （2） （3） -Q1 Q2 （4） T1 T2 A外 Q1=Q2+ A外 卡诺 致冷机 的致冷系数 T1 相同，T2 越小，吸出等量热量，需要A外 越大。 T2 相同，T1 越大，吸出等量热量，需要A外 越大。 Date26DUT 余 虹 奥托循环= ？ P 0 V （1） （2） （3） Q1 Q2 （4） V2 V1 过过程热热量功 1 2 Q=00-A2