2021-2022学年高二物理竞赛课件：理想气体的热力学过程

1、理想气体的热力学过程 理想气体的热力学过程 一、等体（容）过程 (isochoric process ) 二、等压过程 (isobaric process ) 三、等温过程 (isothermal process ) 四、绝热过程 (adiabatic process ) 热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时，系统内能的增量等于在这过程中外界对系统所作的功和系统所吸收的热量总和。对无限小过程： 如果该过程是准静态过程：热力学第一定律可写为： 4 热容与过程有关，需指明是何种过程的热容定体热容：保持系统体积不变的过程中的热容定压热容：保持系统压强不变的过程中的热容等体过程中： 比热：单

2、位质量的热容。摩尔热容：1mol 物质的热容。 热力学过程中传递的热量 Q 是过程量物体性质 物质性质 物质性质 5焓：引入态函数焓的定义：等压过程中，系统从外界吸收的热量：等压过程中系统从外界吸收的热量等于系统态函数焓的增量系统的定压热容可表示为：单位：焦耳J6理想气体的热容： Cp = CV +R 如果分子的自由度为i，气体的量是 摩尔，则理想气体的内能可以表示为 定体热容定压热容7此结论除了在低温下的氢气以外，也与实验结果相符。 对于单原子分子气体，i = 3, s = 0, 可算得定体热容定压热容 = 1.67这与实验结果符合得很好对于双原子分子气体，i = 5, 若不考虑振动自由度定

3、体热容定压热容 = 1.408等体（容）过程 (isochoric process ) 等体过程 系统体积保持不变的过程。 特征: dV = 0过程方程: 过程曲线: 平行于P 轴的等体线。 V=恒量 系统所获得的热量全部用于增加自身的内能。 外界不对系统做功 A= -pdV= 0内能与热量： (Q)V = dU 系统吸收的热量： 1(p1,T1,V)2(p2,T2,V)p1p2opV 理想气体的热力学过程 V9等压过程 (isobaric process ) 等压过程 系统压强保持不变的过程。p=恒量 重 物过程曲线: 平行于V 轴的等压线。 特征: dp=0 过程方程: 热力学第一定律：

4、(Q)p = dU - A 内能增量： 吸收热量： Qp = (U2 -U1 ) -A 或 ： opVpV2V1外界做功: 系统从外界获得的热量，一部分用以增大内能，一部分用以对外作功。1(V1,T1, p)2(V2,T2, p)10等温过程 (isothermal process ) T=恒量 恒温热源等温过程 系统的温度保持恒定的过程。 过程曲线: 等温线为等轴双曲线。 热力学第一定律： (Q)T = -A = pdV 内能增量： U=0 特征: T=0 过程方程: 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V系统吸收热量： 将物态方程 恒量代入上式，得 等温膨胀过程，系

5、统从外界获得的热量全部用于对外作功；等温压缩过程，系统向外界释放的热量全部来自外界对系统所作的功。11过程曲线: 绝热线为双曲线。 过程方程: 恒量 恒量 恒量 dU = A = -pdV 热力学第一定律： 外界对系统做功： 若系统对外界作功，则必然降低自身的内能；若外界对系统作功，则必然使系统的内能增加。 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V绝热过程 (adiabatic process )绝热过程 系统与外界没有热量交换的过程。 特征: Q = 0 绝热材料 12系统状态任一微小变化，其内能的改变为： 对理想气体方程 PV= vRT 微分，得 代入第一定律dU = A = -pdV 得（1）（2）消去dT，得 在温度变化不很大时可以看作常量 将上式积分，得 ln V + ln p = 恒量或恒量 泊松公式 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V恒量 恒量 过程方程的推导： 13PVo绝热过程等温过程 绝热线比等温线更陡些 绝热线和等温线： 在等温过程中， 压