大学物理课件第13章 热力学基础

普通高等教育“十一五”国家级规划教材大学物理（第二版）袁玉珍陈钦生张化福主编第13章热力学基础课件制作者：刘汉法,内能、功和热量,热力学第一定律热容量,热力学第一定律的应用,循环过程卡诺循环,熵热力学第二定律,13-1,13-2,13-3,13-4,13-5,第13章热力学基础,13.1内能、功和热量,13.1.1热力学过程,准静态过程: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.,13.1.2准静态过程的功,为简化问题，只考虑无摩擦准静态过程的功。当活塞移动微小位移dx时,外力所作的元功为：,在无摩擦准静态过程中：,系统体积由V1变为V2，外界对系统作总功为：,注意：(i)作功与过程有关.(ii)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.,（iii)功的大小等于PV图上过程曲线P=P(V)下的面积。,13.1内能、功和热量,13.1.3热量的传递,热量是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.,13.1.4做功和传热的量值是内能变化的量度,做功和传递热量在改变系统的状态方面是等效的，但在微观上又有着本质的不同，传热是系统内外物体分子的无规则热运动能量间的传递，做功则是物体分子的有规则运动能量与分子无规则运动能量的转换。,13.1内能、功和热量,13.2热力学第一定律热容量,13.2.1热力学第一定律,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，则由能量守恒得：,规定,对无限小过程：,或,或,热容,比热容,13.2.2热容量,13.2热力学第一定律热容量,热容：一定量的物质温度每升高一度所需要的热量,比热容：单位质量的物质温度每升高一度所需要的热量,摩尔定体热容: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:,单位,摩尔定压热容: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：,13.2热力学第一定律热容量,单位,可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系,摩尔热容比,由热力学第一定律,特性常量,过程方程常量,13.3热力学第一定律的应用,13.3.1理想气体的等体过程,由热力学第一定律,理想气体,过程方程常量,由热力学第一定律,特性常量,功,13.3.2理想气体的等压过程,13.3热力学第一定律的应用,13.3.3理想气体的等温过程,由热力学第一定律,特征常量,13.3热力学第一定律的应用,13.3.4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,13.3热力学第一定律的应用,由热力学第一定律有,13.3热力学第一定律的应用,若已知及,由可得,13.3热力学第一定律的应用,所以,绝热过程方程的推导,13.3热力学第一定律的应用,分离变量得,常量,13.3热力学第一定律的应用,绝热线和等温线讨论,绝热过程曲线的斜率,常量,13.3热力学第一定律的应用,等温过程曲线的斜率,常量,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,绝热过程曲线的斜率,等温过程曲线的斜率,13.3热力学第一定律的应用,13.4.1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叫循环过程，简称循环。,循环工作的物质称为工作物质，简称工质。,循环过程的特点：E=0,若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用P-V图上的一条闭合曲线表示。,13.4循环过程卡诺循环,箭头表示过程进行的方向。工质在整个循环过程中对外作的净功等于曲线所包围的面积。,沿顺时针方向进行的循环称为正循环或热循环。沿反时针方向进行的循环称为逆循环或制冷循环。,13.4循环过程卡诺循环,净功为循环过程曲线所包围的面积。,正循环过程对应热机，逆循环过程对应致冷机。,A,正循环的特征：一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热Q1，对外作净功A，又向低温热源放出热量Q2。而工质回到初态，内能不变。,13.4循环过程卡诺循环,13.4.2正循环热机效率,实用上，用效率表示热机的效能以表示,热机:通过工质使热量不断转换为功的机器。,热机效率：,13.4循环过程卡诺循环,13.4.3逆循环致冷系数,工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。,13.4循环过程卡诺循环,致冷系数：,13.4.4卡诺循环,1824年卡诺（法国工程师1796-1832）提出了一个能体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之为卡诺循环,它由两条等温线和两条绝热线组成。,13.4循环过程卡诺循环,13.4循环过程卡诺循环,我们讨论以理想气体为工质的卡诺循环。,ab：与温度为T1的高温热源接触，T1不变，体积由V1膨胀到V2，从热源吸收热量为:,bc：绝热膨胀，体积由V2变到V3，吸热为零。,13.4循环过程卡诺循环,cd：与温度为T2的低温热源接触,T2不变体积由V3压缩V4，从热源放热为:,da：绝热压缩，体积由V4变到V1，吸热为零。,13.4循环过程卡诺循环,所以,对绝热线bc和da分别应用绝热方程：,所以,13.4循环过程卡诺循环,卡诺逆循环,工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对它所作的功A以热量的形式传给高温热源Q1.,13.4循环过程卡诺循环,卡诺制冷系数,13.4循环过程卡诺循环,13-5熵热力学第二定律,13.5.1热力学第二定律,概念：可逆过程与不可逆过程,热力学第二定律是一条经验定律，因此有许多叙述方法。最早提出并作为标准表述的是1850年克劳修斯提出的克劳修斯表述和1851年开尔文提出的开尔文述。,热力学的第二定律的表述：,克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。,开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。,13.5.2熵,定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为