大学物理热力学第一定律.ppt

1 准静态过程 2 热力学第一定律 3 理想气体的绝热过程 4 循环过程 5 卡诺循环,热力学第一定律,1 准静态过程,准静态过程：过程中的每一状态都是平衡态,过程 系统状态的变化,不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。,压缩汽缸中的气体,过程无限缓慢：,弛豫时间：非平衡态平衡态的时间,实际压缩一次所用时间为 1 秒， 就可以近似为准静态过程。,弛豫时间很短，约 10 -3 秒,P-V图,平衡态 一个点,准静态过程 一条曲线,注意：非平衡态、非准静态过程 不能用P-V 图上的点、线表示,等压过程,P一定,等容过程,V一定,等温过程,T一定,2 热力学第一定律,一、内能,系统在一定状态下的能量,包括所有分子的动能EK与分子间的势能EP,理想气体： EP=0,内能是状态量， 与过程无关,EA,EB,2 热力学第一定律,做功可以改变系统的状态 摩擦升温（机械功）、电加热（电功）,摩擦功：,准静态过程气体对外界做功：,总功：,二、功,过程量,系统作正功,系统作负功,三、热量,传热改变系统状态的另一种方法,条件：系统与外界的温度不同,通过分子热运动传递能量,无法用宏观量计算,热量Q传热过程中传递的能量,热量是过程量,系统从外界吸收热量,系统向外界放出热量,总热量：,积分与过程有关 。,某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功A，系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：,对微小过程：,2 热力学第一定律,四、热力学第一定律,E1,E2,注意：,1. 功、热量为过程量，内能为状态量 2. A、Q的正负号 3. 适用任何系统的任何过程,五、理想气体的热容量,1.热容量,系统从外界吸收热量 Q，使系统温度升高dT，则系统的热容量为,1 mol 物质,摩尔热容,定压摩尔热容,定容摩尔热容,任意过程,2.理想气体的热容量,准静态等容过程：,迈耶公式,低温时，只有平动，i =3； 常温时，转动被激发，i =3+2=5； 高温时，振动也被激发， i =3+2+2=7。,比热容比,经典理论有缺陷，严格一点需量子理论来解释,六.理想气体的等值准静态过程,1.等容过程,V一定,P-V图上对应一直线,过程方程,特点,2 等压过程,P一定,P-V图上对应一直线,过程方程,12 系统做正功 Q0 21 系统做负功 Q0,3.等温过程,T一定,P-V图上对应一曲线,过程方程,3 理想气体的绝热过程,准静态绝热过程,绝热线,等温线,循环过程: 一系统经历一系列变化后又回到初始状态 的 整个过程.,热机：将热转换成功,工质,蒸汽机：工质 水,总的效果,从外界吸热 （Q1-Q2）,对外作功 A1-A2 ,4 循环过程,循环为准静态过程，在P-V图中对应闭合曲线。,正循环：顺时针方向进行,特点：,系统作净功=曲线所围面积,Q1从外界吸热 Q2 向外界放热 Q1、Q2 为纯数,从外界吸热（Q1-Q2）,对外作功 （A1-A2 ）,热机效率,循环为准静态过程，在P-V图中对应闭合曲线。,特点：,系统作净功=曲线所围面积,逆循环：逆时针方向进行,致冷系数：,向外界放热Q2,外界作功 A,Q1,Q2,A,高温热库T1,低温热库T2,工质,准静态循环，工质为 理想气体，只和两个 恒温热库交换热量。,卡诺循环的热机效率：,5 卡诺循环,T1,T2,5 卡诺循环,T1,T2,1,2,3,4,1-2 等温膨胀 吸热,3-4 等温压缩 放热,2-3 绝热膨胀,4-1 绝热收缩,注意：,1.,只对卡诺循环成立,对任