热力学基础ppt课件

第六章,热力学基础,1,6-1热力学第一定律,本章目录,2,准静态过程（理想化的过程）,从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.,一热力学过程,6-1热力学第一定律,3,二理想气体的内能（状态量）,理想气体的内能：分子动能和分子内原子间的势能之和.,1mol理想气体的内能,理想气体的内能,理想气体内能变化,6-1热力学第一定律,4,实验证明系统从状态A变化到状态B，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变.,内能（状态量）,6-1热力学第一定律,5,6-1热力学第一定律,6,理想气体的内能:表征系统状态的单值函数，理想气体的内能仅是温度的函数.,6-1热力学第一定律,7,系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关.,6-1热力学第一定律,8,三功（过程量）,1功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化.,2准静态过程功的计算,6-1热力学第一定律,9,注意：作功与过程有关.,6-1热力学第一定律,10,四热量（过程量）,通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.,6-1热力学第一定律,11,（1）都是过程量：与过程有关；,（3）功与热量的物理本质不同.,1cal=4.18J，1J=0.24cal,（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；,6-1热力学第一定律,12,作电功改变系统状态的实验,五热力学第一定律,6-1热力学第一定律,13,热力学第一定律,系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功.,6-1热力学第一定律,14,准静态过程,微变过程,6-1热力学第一定律,15,6-1热力学第一定律,16,（1）能量转换和守恒定律.第一类永动机是不可能制成的.（2）实验经验总结，自然界的普遍规律.,6-1热力学第一定律,17,6-2热力学第一定律的应用,本章目录,18,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.,6-2热力学第一定律的应用,19,（4）各等值过程的特性.,6-2热力学第一定律的应用,20,一等体过程定容摩尔热容,由热力学第一定律,特性常量,过程方程常量,6-2热力学第一定律的应用,21,单位,定容摩尔热容:理想气体在等体过程中吸收热量，使温度升高，其摩尔定体热容为:,6-2热力学第一定律的应用,22,由热力学第一定律,理想气体,6-2热力学第一定律的应用,23,等体升压,1,2,6-2热力学第一定律的应用,24,二等压过程定压摩尔热容,过程方程常量,由热力学第一定律,特性常量,功,6-2热力学第一定律的应用,25,定压摩尔热容:理想气体在等压过程中吸收热量，温度升高，其摩尔定压热容为：,6-2热力学第一定律的应用,26,可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系,摩尔热容比,6-2热力学第一定律的应用,27,摩尔热容比,定容摩尔热容,定压摩尔热容,6-2热力学第一定律的应用,28,三个量：,6-2热力学第一定律的应用,29,1,2,等压膨胀,6-2热力学第一定律的应用,30,比热容,热容,比热容,6-2热力学第一定律的应用,31,三等温过程,由热力学第一定律,特征常量,6-2热力学第一定律的应用,32,6-2热力学第一定律的应用,33,6-2热力学第一定律的应用,34,四绝热过程,与外界无热量交换的过程,特征,由热力学第一定律,6-2热力学第一定律的应用,35,由热力学第一定律有,6-2热力学第一定律的应用,36,若已知及,由可得,6-2热力学第一定律的应用,37,绝热过程方程的推导,6-2热力学第一定律的应用,38,分离变量得,常量,6-2热力学第一定律的应用,39,6-2热力学第一定律的应用,40,五绝热线和等温线,绝热过程曲线的斜率,常量,6-2热力学第一定律的应用,41,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,等温过程曲线的斜率,常量,6-2热力学第一定律的应用,42,例1设有5mol的氢气，最初温度，压强，求下列过程中把氢气压缩为原体积的1/10需作的功:（1）等温过程（2）绝热过程（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？,6-2热力学第一定律的应用,43,解（1）等温过程,（2）氢气为双原子气体,由表查得，有,已知：,6-2热力学第一定律的应用,44,（3）对等温过程,对绝热过程，有,6-2热力学第一定律的应用,45,例2氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至1个标准大气压，从而使氮气液化.试问此时氮的温度为多少？,6-2热力学第一定律的应用,46,解氮气可视为理想气体，其液化过程为绝热过程.,氮气为双原子气体由表查得,6-2热力学第一定律的应用,47,6-3循环过程卡诺循环,本章目录,48,热机发展简介1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机，当时蒸气机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.,6-3循环过程卡诺循环,49,各种热机的效率,液体燃料火箭,柴油机,汽油机,蒸气机,6-3循环过程卡诺循环,50,热机:持续地将热量转变为功的机器.,6-3循环过程卡诺循环,51,冰箱循环示意图,6-3循环过程卡诺循环,52,系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.,由热力学第一定律,特征,一循环过程,6-3循环过程卡诺循环,53,二热机效率和致冷机的致冷系数,热机（正循环）,致冷机（逆循环）,6-3循环过程卡诺循环,54,热机,热机效率,低温热源,6-3循环过程卡诺循环,55,致冷机致冷系数,低温热源,6-3循环过程卡诺循环,56,例3汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率.,解,6-3循环过程卡诺循环,57,又BC和DA是绝热过程：,所以,V,6-3循环过程卡诺循环,58,三卡诺循环,1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环卡诺循环.给出了热机效率的理论极限值；他还提出了著名的卡诺定理.,6-3循环过程卡诺循环,59,卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成.,低温热源T2,6-3循环过程卡诺循环,60,理想气体卡诺循环热机效率的计算,AB等温膨胀BC绝热膨胀CD等温压缩DA绝热压缩,卡诺循环,6-3循环过程卡诺循环,61,AB等温膨胀吸热,CD等温压缩放热,6-3循环过程卡诺循环,62,DA绝热过程,BC绝热过程,所以,6-3循环过程卡诺循环,63,卡诺热机效率,卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.,6-3循环过程卡诺循环,64,卡诺致冷机（卡诺逆循环）,卡诺致冷机致冷系数,低温热源T2,6-3循环过程卡诺循环,65,图中两卡诺循环吗？,6-3循环过程卡诺循环,66,例一电冰箱放在室温为的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在.现每天有的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少？设在至之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的55%.,解,6-3循环过程卡诺循环,67,房间传入冰箱的热量热平衡时,由得,6-3循环过程卡诺循环,68,保持冰箱在至之间运转，每天需作功,功率,6-3循环过程卡诺循环,69,6-4热力学第二定律,本章目录,70,第二定律的提出,1功热转换的条件，第一定律无法说明.,2热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题，第一定律无法说明.,6-4热力学第二定律,71,1开尔文说法不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化.,热力学第二定律的两种表述,6-4热力学第二定律,72,等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体，但它是非循环过程.,6-4热力学第二定律,73,卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.,6-4热力学第二定律,74,永动机的设想图,6-4热力学第二定律,75,2克劳修斯说法不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化.,6-4热力学第二定律,76,虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温