大学物理第5章-热力学基础-4课时.ppt

第五章热力学基础世界上神秘的冷、热三定律。热力学：是一门研究热现象及其规律的学科。热力学系统之外的物体被称为外部世界。例如，如果气缸中的气体是一个系统，其他气体是外部气体，1。热力学的研究对象和内容是：宏观物体(含有大量分子和原子的系统)或物理系统称为热力学系统。5.1热力学的基本概念，宏观：热现象是一种与温度有关的现象，微观：热现象是一种与分子热运动有关的现象，5.1.1热力学系统处于平衡状态，孤立系统与外界没有质量和能量交换，封闭系统与外界没有质量和能量交换，开放系统与外界既有质量和能量交换，2。热研究方法，热力学动力学，宏观基本实验定律，热现象定律，统计力学，模型，假设，热现象定律，热力学系统分类：系统状态描述：(1)宏观描述方法，用一些可直接测量的物理量(称为宏观量)描述系统的宏观性质。例如：p、v、t、m等。(2)微观描述法，即给出系统中每个微观粒子的力学参数(称为微观量)来描述系统，例如：分子质量、速度、直径、动量、微观量和宏观量有一定的内在联系。在不受外界影响的情况下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态称为平衡状态。相反，它是非平衡的。平衡状态：系统的温度、压力和密度等宏观量在任何地方都是相同的，不随时间变化。在平衡态，大量处于平衡态的分子仍然处于热运动中，每个分子的速度经常由于碰撞而改变。-动态平衡，平衡是热力学中的理想状态。一组状态参数，一个平衡状态，状态参数之间的函数关系称为状态方程，表示为：描述平衡状态下系统宏观性质的一组独立宏观量称为状态参数，例如p，v，T，5.1.2气体系统热力学第零定律，温度的主要定义：温度是表示物体冷热程度的物理量。上述定义是主观的、不科学的和不精确的。在冬天，两者的温度是一样的，但是实际的感觉是不同的！其壁是刚性的并且不能穿过物质的物体。宏观物体在相互接触时能否达到热平衡取决于用来分隔它们的墙壁的性质。隔热墙(石棉)热传导墙(金属材料)当没有机械或电气作用时，如果两个物体的状态能自动改变直到达到平衡，具有这种性质的墙称为热传导墙。否则，如果两个物体的状态不变，这堵墙就叫做保温墙。热平衡：两个系统在热接触一段时间后达到的一种共同状态，当它们各自的状态不再改变时，称为热平衡状态。这两个系统据说彼此处于热平衡。热力学零定律是由英国科学家福勒于1930年正式提出的，比热力学第一定律和第二定律晚了80多年。尽管热力学第零定律建立得很晚，但人们实际上早就开始应用它了。因为它是下列定律的基础，在逻辑上应该排在第一位，所以它被称为热力学第零定律。如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，那么它们也必须彼此处于热平衡。这个结论被称为热力学第零定律。例如，绝热壁、导热壁和热力学第零定律为温度概念的建立提供了实验依据。该定律反映了处于相同热平衡状态的所有热力学系统具有共同的宏观特征，即由这些相互热平衡系统的状态决定的具有相等值的状态函数。该状态函数定义为温度。在更下面它可以概括为以下温度定理：“对于任何热力学均匀系统，在平衡状态下都有一个状态函数，叫做温度(符号T)；它们具有这样的特征，对于所有彼此处于热平衡的均匀系统，“温度定理”证实每个均匀系统都具有新的平衡性质温度及其特征。(1)经验温标：根据物质的某一属性随冷热程度的变化而确定的温标称为经验温标。除了标准点之外，经验温度标度并不完全一致。例如，水的冰点和沸点，摄氏度标度：00C1000C，热力学温度标度：273.15K373K，2)理想气体温度标度：理想气体用作温度测量物质，3)热力学温度标度：不依赖于任何特定物质特性的温度标度，规定水的三相点T0为273.15K，温度计类型：电阻温度计、蒸汽压温度计、热电偶温度计、光学温度计、水银温度计、酒精温度计，最低温度极限值：0K，极限值，不能，自然界的最低温度：1K，自然界(星际空间深处)的最低温度。自然界最高温度：宇宙大爆炸中的4万亿摄氏度。它是太阳中心区域温度的25万倍。几种环境温度等级：1。人体正常温度范围：36-37.2。2.地表：94.5-58。3.原子弹爆炸：5000万。4.氢弹爆炸：1000万。热力学第一定律：是热现象领域中能量守恒和转换定律的一种特殊形式。它表明，热能、热能和功可以相互转化，但总能量保持不变。制造第一种永动机是不可能的。第一定律是人类经验的总结。5.2、热力学第一定律，第一种永动机(第一种永动机)，一种既不依靠外界提供能量，本身也不减少能量，但能在外界继续工作的机器被称为第一种永动机，这显然与能量守恒定律不符。在历史上，他曾热衷于制造这种机器，但都以失败告终，这证明了能量守恒定律的正确性。第一种永动机(FIRSt KINDOFPERPETUAL MOTION MECHANINE)，库尔先生的永动机，球永动机，阿基米德螺旋永动机，功，Q和W都不是状态函数，其值与变化的方式有关。吸热系统，Q0；系统放热，Q0；系统在环境中确实工作，W0=00，摩尔热容量，物质的规定量是1摩尔热容量。在：摩尔定容热容CV，m:摩尔定压热容CP，m:I代表自由度，单原子分子：双原子分子：多原子分子？例如，0.032千克氧气的温度从20上升到100。在等压和等压过程中吸收了多少热量？比热容比，溶液：包括i=5，摩尔质量0.032kg/mol，等压过程：等压过程：5.2.4绝热过程-系统不与外界进行热交换的过程。系统与外界无热交换的过程是一个绝热过程(重要特征)dQ=0，Q=0，理想气体状态方程，热力学第一定律，(1)和(2)分为两种类型：(3)和(4)两种类型相结合，并消除dT得到：利用理想气体状态方程，变量也可以得到，整理，分离，得到，与上述公式，或，理想气体绝热方程、过程、等容、等压、等温、绝热四个准静态过程，5.2.5循环过程，系统经过一系列状态变化后回到其原始状态的过程称为循环过程，称为循环。本文介绍了一种特殊的热机蒸汽机内燃机、高温热源、低温热源、热机、热机效率、5.2.5.1热机，其工作物质作正循环的机器称为热机。例如，蒸汽机和内燃机，以及正循环，热机必须有工作物质，高温热源(锅炉)和低温你能开着冰箱门给整个房间制冷吗？思考：打开冰箱降温，问题：有许多种循环方式，哪种循环最有效？如何提高热机的效率？最大可能的效率是多少？萨迪卡诺(1796-1832)的父亲耶戈卡诺是法国的一位著名人物，他从父亲那里学习物理和数学。后来，他进入巴黎理工学院和工程学院学习。集中精力研究热机理论。他于1832年8月24日死于霍乱，时年36岁。卡诺在1824年提出研究两个重要问题，“热机的效率和工作物质之间有关系吗”和“热机的效率有极限吗”？瀑布的力量取决于它的高度和水量，而热量的力量取决于所使用的热质量的数量和热质量下降的高度。卡诺通过类比得出结论，蒸汽机必须在高温热源和低温热源之间工作。卡诺提出了理想热机模型和理想循环模型。卡诺采用了类比、科学抽象和理想模型的思维方法。1824年，卡诺研究了一个理想循环，并从理论上证明了他有最高的效率，从而指出了提高热机效率的途径。这种循环称为卡诺循环，在循环中工作的热机称为卡诺机。定义：由两个等温过程和两个绝热过程组成的准静态循环过程是卡诺循环。根据卡诺热机的卡诺循环为卡诺机。2。卡诺热机效率，ab等温膨胀和吸热是：(1)吸热Q1和放热Q 2:是由等温过程得到的，C D等温压缩和放热是：5.2.6卡诺循环，和(2)代入热机效率的一般公式：3)利用绝热过程方程，热机效率简化为：bc绝热膨胀，da绝热压缩：将上述两个公式分开，卡诺循环效率提高，高温热源温度降低1.理论指导和讨论：2。低温热源温度T20和热机效率的理论解释，现代火力发电厂汽轮机使用的蒸汽温度达到580 ,冷凝液温度为30 ,=1-t1/T2=64.5%按卡诺循环计算。实际情况更糟，最高为36%。卡诺循环效率，例如，可逆卡诺热机具有70的低温热源和40%的效率。如果效率提高到50%，高温热源的温度应该提高多少度？解决与热现象有关的过程的方向性问题。独立于热力学第一定律的基本定律。要制造一台循环热机是不可能的，因为它只能从热源吸收热量，使其完全成为有用的工作，而不会对其他物体产生任何变化。第二种永动机是一种热力发动机，它从单一热源吸收热量，并将所有热量转化为功，而不做任何其他改变。5.3热力学第二定律，热力学第二定律是一个关于自然过程方向的基本普遍定律，它是一个比热力学第一定律更深的定律。克劳修斯声明：热量不能自动从低温物体转移到高温物体(热传导是不可逆的)。这两种说法的等价性，如果与克劳修斯的说法相反，那一定与开尔文的说法相反。可逆过程，不可逆过程，可逆过程：如果任何系统状态的变化过程都可以使系统在相反的方向上经历相同的中间状态，并返回到原始状态而不引起其他变化。注：1)系统恢复；2)外部恢复。不可逆过程：如果一个过程产生的效果不能通过任何复杂的方法恢复到其原始状态而不引起其他变化。开尔文陈述的本质，功对热的不可逆性，开尔文陈述的本质，热传导的不可逆性，功对热的不可逆性，热传导的不可逆性，开尔文和开尔文陈述的等价性，本质：所有与热现象相关的实际宏观过程都是不可逆的。热力学第二定律的本质、v卡诺定理和可逆机器的效率都是一样的(在T1和T2之间工作)。所有不可逆机器的效率都低于也就是说，对于从状态A到状态B的可逆过程，系统的状态B和状态A之间的熵差等于沿着A和状态B之间的任何可逆路径R(图中的R1和R2)的热温商的积分。熵是可加的，并且系统的熵等于每个子系统的熵之和。-熵的积分定义，-单位JK-1，对于包含不可逆过程的循环，有热力学第二定律的表达式，2，熵增加原理，dQ=0对于绝热过程，熵增加原理：熵在绝热过