第十章热力学基础.ppt

4、热力学第一定律：包括热现象在内的能量转化与守恒定律，系统从平衡态I到平衡态II，热、功、内能的变化关系为：,表明：系统从一个平衡态到另一个平衡态的转变过程，系统从外界吸收的热量，一部分用于系统增加内能，一部分用于对外做功。,系统状态的无限小变化过程：,二、需理解的问题,1、概念：准静态过程、体积功、热量、热力学第一定律,2、内能和热量这两概念有何不同？以下说法是否正确？（1）物体的温度越高，则热能越多（2）物体的温度越高，则内能越大,答：物体的分子的无轨则热运动能量的总和在宏观上是物体的内能；内能是状态量。传热过程中所传递的能量的多少称热量；热量是过程量。（1）不对。,一、准静态过程,定义：热力学系统在状态发生变化的过程中，每一时刻系统的状态都无限地接近平衡态，此过程称准静态过程（或称平衡过程）。,驰豫时间：一个系统如果最初处于非平衡态，经过一段时间过渡到了一平衡态，该过渡时间称驰豫时间。,P,V,0,A,B,C,a,b,c,二、热量,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动能量而改变物体内能的过程。,条件：系统与外界的温度不同。,热量（Q）：传热过程中所传递的能量。,单位：J1cal=4.1855J,三、功（体积功）,元功：,Q,A,无限小过程：,有限过程：,其中：,摩尔热容量：1mol物质，当温度升高1K时所吸取的热量,c是同一物质的比热,一、气体的定容摩尔热容量,与温度无关,二、气体的定压摩尔热容量,与温度无关,比热比：,总结：无论等容过程、等压过程：,一、等温过程,1、等温过程的实现：,则内能不变,代入上式,2、等温过程的热量：,3、理想气体等温过程作功图示：,等温线是等轴双曲线的一支,曲线下的面积表示理想气体从初始状态I等温膨胀到末态II所作的功：,二、等容过程,1、等容过程的实现：,3、等容过程的P-V图：,2、求,对等容过程：,三、等压过程,1、等压过程的实现：,2、求,内能的改变量：,对外作功：,3、等压过程的P-V图：,一、绝热过程,1、定义：当系统的状态发生变化时，系统和外界不发生热传递的过程。,2、特征：,二、求绝热过程中的功A,由热力学第一定律可知：,对于有限变化：,三、绝热方程,由（2）式可得：,所以：I绝热膨胀：II绝热压缩：,四、绝热过程的P-V图,1、P-V图：,2、绝热过程与等温过程的比较：,（1）绝热过程方程：等温过程方程：,（2）P-V图的比较：,气体压缩或膨胀时气体压强变化不同,A点相交比较在A点斜率：,可见绝热线比等温线陡,例10-1：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系列状态变化过程，其中ab为等压过程，bc为等容过程，cd为等温过程，已知求各分过程的各为多少？,解：ab等压过程：,bc等容过程：,cd等温过程:,例102：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半，求变化前后：（1）气体分子平均速率之比？（2）气体内能之比？,解：根据绝热方程：,(1）平均速率：,氦是单原子分子，,(2)气体内能：,例103：有3mol温度为的理想气体，先使其体积等温膨胀到原来的5倍，然后等容加热，末态时它的压强刚好等于初始压强，整个过程传给气体的热量为。试画出此过程的P-V图，并求这种气体的比热容比的值。,解：设初态参量为末态参量为,由,得,等温过程：,等容过程：,即,一、循环过程,循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始状态的过程。,基本特征：内能没有变化。,如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程,循环过程对外作净功：,即：循环过程曲线所包围面积,正循环（热循环）：循环过程沿顺时针方向进行，系统对外作功。,逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外界对系统作净功。,循环的效率：在一次循环过程中工作物质对外作的净功占它从高温热库吸收的热量的比率。,热机效率：,由热力学第一定律知：,则,二、卡诺循环,卡诺循环就是在两个恒温热源（一个高温热源，一个低温热源）间工作的循环。由两个等温过程和两个绝热过程组成。,AB等温膨胀过程吸热：,CD等温压缩过程放热：,由绝热方程：,联立得：,所以卡诺循环效率：,代入：,三、卡诺致冷循环,卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.,由热力学第一定律知，此循环，内能不变，有：,所以，致冷系数：,例104：图为某理想气体系统的一个循环过程，其中CA为绝热过程。设点A状态量(),B点状态量（）及系统绝热指数均为已知。（1）在P-V图上这循环如何表示？（2）试求点C状态的温度。（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？（4）计算循环过程的效率。,解（1）如图：,（2）CA为绝热过程：根据,得,（3）AB过程为等温膨胀过程，吸热,BC过程为等容降温过程，放热,(4)效率：,例105：一卡诺机在400K和300K之间工作，求：（1）若在正循环中，该机从高温热源吸热5000J热量，则将向低温热源放出多少热量？对外作功多少？（2）若使该机反向运转，当