大学物理第17章热力学第一定律.ppt

2019/11/21,DUT余虹,1,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余虹,2019/11/21,DUT余虹,2,第四篇热学,2019/11/21,DUT余虹,3,17.1准静态过程,一、热平衡态与状态参量,T1,T2,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,2019/11/21,DUT余虹,4,PVT,PVT,一个过程能在P-V图上用一条线描述准静态过程。,二、准静态过程,2019/11/21,DUT余虹,5,17.2热力学第一定律,一、系统的内能,焦耳实验,A外+A非保内=EM+E,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。,2019/11/21,DUT余虹,6,P1V1,P2V2,系统作功,活塞位移,dV0A0系统作正功,dVE1,系统放热QV1系统对外作功A0,T2T1内能增加E2-E10,V2V1外界对系统作功A0,T2T1内能减少E2-E10,系统吸热Q0,V2V1外界对系统作功AQ放,正循环,致冷机A0Q吸Q放,逆循环,一、一般循环过程,2019/11/21,DUT余虹,19,讨论,正循环,（1）,（2）,（3）,（1）,讨论热机的效率。,（3）,（2）,Q=0,Q1-Q2=A1-A2=A,净功,热机效率,希望系统多作功，少吸热越大越好。,2019/11/21,DUT余虹,20,讨论,逆循环,（1）,（2）,（3）,（1）,讨论致冷系数,T,（2）,（3）,V,Q=0,Q2-Q1=A2-A1=A0,外界作功,致冷系数,希望外界少作功，多从低温热源吸热越大越好。,2019/11/21,DUT余虹,21,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，=？,解（1）,Q吸=Q12+Q23,A=循环线所围面积,=（P-P）（V-V）,=2P1V1,=2RT1,2019/11/21,DUT余虹,22,解（2）,Q吸=Q14+Q43,=5.5,2019/11/21,DUT余虹,23,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？,T1T2,理想化热机卡诺热机,A=Q1-Q2,Q2,2个等温过程,2个绝热过程,二、卡诺循环,2019/11/21,DUT余虹,24,（1）,（2）,（3）,Q1,Q2,（4）,T1,T2,V1V4V2V3,（2）（3）,（4）（1）,A,卡诺热机,2019/11/21,DUT余虹,25,1、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。,2019/11/21,DUT余虹,26,T1T2,-Q1,A外,Q2,卡诺致冷机,（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。,2019/11/21,DUT余虹,27,奥托循环=？,（1）,（2）,（3）,Q1,