第三章 热力学第一定律.ppt

第二章热力学第一定律,2.1准静态过程2.2功、热、内能2.3热力学第一定律2.4热容量2.5理想气体的绝热过程2.6循环过程2.7卡诺循环2.8致冷循环,本章讨论热力学系统的状态发生变化时在能量上所遵循的规律热力学第一定律,2.1准静态过程,系统状态发生变化的过程,热力学过程,准静态过程：,过程中任意时刻，系统都无限接近平衡态,要求：,过程无限缓慢,“无限”过程进行的时间远大于由非平衡态到平衡态的过渡时间（驰豫时间）,气缸实际时间约为10-2s，可初级近似为准静态过程,弛豫时间约10-3秒,实现：外界压强总比系统压强大一小量P，就可以缓慢压缩。,例气体的准静态压缩,实际压缩一次1秒,举例：系统（初始温度T1）从外界吸热,系统温度T1直接与热源T2接触，最终达到热平衡，不是准静态过程。,因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图（或P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。,几种等值过程曲线,2.2功、热、内能,一、功,做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）,以气缸内气体的准静态膨胀做功为例：,准静态过程的体积功,准静态过程中体积功的计算,系统对外界做的总功,功的几何表示,例如：,体积功的特点,做功与过程有关功是过程量,对相同的初末态，不同过程，A不同,二、热量:Q,1）系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。,如：夏天的车胎膨胀现象,功、热都能改变系统状态,热量传递的方向用Q的符号表示：,规定：,dQ0表示系统从外界吸热dQ0，T20;,2）Q2表示循环过程中放热分过程放出热量的和，Q20;,3）A净表示热机循环一次系统对外做净功。,例11molO2进行如图所示循环，其中AB为等温过程，求：1)一次循环对外所做净功A、吸收的热量Q1；2）此循环的效率h。,解：,1）,2）,2.7卡诺循环,准静态循环，工质为理想气体，只和两个恒温热库交换热量。,AB：等温膨胀T1,BC：绝热膨胀,CD：等温压缩T2,DA：绝热压缩,卡诺循环效率只与热源温度有关,实际热机的最大效率,指明了实际热机提高效率的途径,300MW发电机组的主蒸汽温度约为T1=600,T2=30，卡诺效率为65，实际效率约为30左右。,1.工作原理：,2.致冷系数,2.8致冷循环（逆循环）,3.卡诺致冷循环,致冷机（冰箱）的工作过程：,例：一定量理想气体，从初态A开始，经历三种不同过程，B、C、D处于同一条等温线上，AC为绝热线。问1.AB过程吸热还是放热？2.AD过程是吸热还是放热？,1.若以ABCA构成循环过程,为逆循环过程,AB放热,2.若以ADCA构成循环过程,为正循环过程,AD吸热,1.一定量的理想气体，经历某过程后，它的温度升高了则根据热力学定律可以断定：（1）该理想气体系统在此过程中吸了热（2）在此过程中外界对该理想气体系统作了正功（3）该理想气体系统的内能增加了（4）在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功以上正确的断言是：,(A)(1)、(3).(B)(2)、(3).(C)(3).(D)(3)、(4).(E)(4).,C,2.某理想气体分别进行了如图所示的两个卡诺循环：I（abcda）和II（abcda），且两条循环曲线所围面积相等。设循环的效率为，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，循环II的效率为，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，则,（A）Q.,B,3.理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为S1和S2，则二者的大小关系是：,（A）S1S2；（B）S1=S2；（C）S1S2；（D）无法确定。,B,A,D,C,B,4.一定量的理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是：AB等压过程；AC等温过程；AD绝热过程,其中吸热最多的过程。,A,（A）是AB；（B）是AC;（C）是AD；（D）既是AB也是AC,两过程吸热一样多。,做功最多？内能增加最多？,5.一定的理想气体,分别经历了上图的abc的过程,（上图中虚线为ac等温线）,和下图的def过程（下图中虚线df为绝热线）,判断这两个过程是吸热还是放热。,A,（A）abc过程吸热,def过程放热；（B）abc过程放热,def过程吸热；（C）abc过程和def过程都吸热；（D）abc过程和def过程都放热。,6.一定量某理想气体所经历的循环过程是：从初态（V0，T0）开始，先经绝热膨胀使其体积增大1倍，再经等容升温回复到初态温度T0，最后经等温过程使其体积回复为V0，则气体在此循环过程中：,（A）对外作的净功为正值；（B）对外作的净功为负值；（C）内能增加了；（D）从外界净吸的热量为正值。,B,7.汽缸内贮有36g水蒸汽(视为理想气体),经abcda循环过程如图所示.其中a-b、c-d为等容过程,b-c等温过程,d-a等压过程.试求:,(1)Ada=?(2)DEab=?(3)循环过程水蒸气作的净功A=?(4)循环效率h=?,解:,水的摩尔质量:,水的质量,(2)DEab=?,(3)循环过程水蒸气作的净功A=?,(4)循环效率h=?,8.1mol单原子分子理想气体的循环过程如T-V图所示，其中C点的温度为Tc=600K.试求：,（1）ab、bc、ca各个过程系统吸收的热量；,（2）经一循环系统所作的净功；,（3）循环的效率。,（注：1n2=0.693）,解：单原子分子的自由度i=3。从图可知，ab是等压过程，,（2）经一循环系统所作的净功；,（3）循环的效率。,典例4:一定量的理想气体经历如图所示的循环过程，AB和CD是等压过程，BC和DA是绝热过程。已知：TC=300K，TB=400K。试求：此循环的效率。,解：由于,根据绝热过程方程得到：,故,15.一致冷机进行如图所示的循环过程，其中ab、cd分别是温度为T1、T2的等温线，bc、da为等压过程，设工作物质为理想气体证明这致冷机致冷系数为,例：设以氮气（视为刚性双原子气体）为工作物质进行卡诺循环，在绝热膨胀过程中气体的体积增大到原来的两倍，求循环的效率。,22在高温热源为127、低温热源为27之间工作的卡诺机，一次循环对外作净功为8000J，今维持低温热源温度不变，提高高温热源的温度，使其一次循环对外作功10000J，若两次循环该热机都工作在相同的两条绝热线之间，试求：(1)后一卡诺循环的效率；(2)后一卡诺循环的高温热源的温度,Q2不变,典例3如图所示，abcda为1mol单原子分子理想气体的循环过程，求：（1）气体循环一次，在吸热过程中从外界共吸收的热量；（2）气体循环一次对外做的净功；（3）证明,解：（1）过程ab与bc为吸热过程，吸热总和为,(2)循环过程对外所做总功为图中矩形面