第十热力学基础演示文稿

1、第十热力学基础演示文稿第一页，共四十二页。优选第十热力学基础第二页，共四十二页。(3)符号规律：符号AQ系统对外做功外界对系统做功系统吸热系统向外放热系统内能增加系统内能减少二、需理解的问题1、概念：准静态过程、体积功、热量、热力学第一 定律第三页，共四十二页。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。第四页，共四十二页。10-1准静态过程 热量 功 一、准静态过程定义：热力学系统在状态发

2、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。热力学基础（Basic Thermodynamics ）第十章 热力学第一定律第五页，共四十二页。PV0ABCabc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：J 1cal=4.1855J第六页，共四十二页。PV0ABCabc三、功（体积功）元功：第七页，共四十二页。10-2热力学第一定律 QA无限小

3、过程：有限过程：其中：第八页，共四十二页。10-3气体的摩尔热容量 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第九页，共四十二页。二、气体的定压摩尔热容量与温度无关第十页，共四十二页。可见迈耶公式比热比：第十一页，共四十二页。刚性单原子刚性双原子刚性多原子总结：无论等容过程、等压过程：第十二页，共四十二页。10-4热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 一、等温过程恒温体A1、等温过程的实现：则内能不变第十三页，共四十二页。代入上式2、等温过程的热量：第十四页，共四十二页。3、理想气体等温过程作功图示：VPP1V1V2P2TAII

4、I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：第十五页，共四十二页。二、等容过程1、等容过程的实现：第十六页，共四十二页。VPIIIP1P2V3、等容过程的P-V图：2、求对等容过程：第十七页，共四十二页。三、等压过程1、等压过程的实现：A第十八页，共四十二页。2、求内能的改变量：对外作功：第十九页，共四十二页。3、等压过程的P-V图：VPV1V2PIIIA第二十页，共四十二页。10-5绝热过程 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：第二十一页，共四十二页。二、求绝热过程中的功A由热力学第一定律可知：

5、A绝热壁对于有限变化：第二十二页，共四十二页。三、绝热方程（1）（2）（3）其中：均为常数由（2）式可得：所以：I绝热膨胀：II绝热压缩：第二十三页，共四十二页。四、绝热过程的P-V图1、P-V图：VPIIIA0将绝热方程代入可得：第二十四页，共四十二页。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VPABCA点相交比较在A点斜率：可见绝热线比等温线陡第二十五页，共四十二页。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

6、多少？210124abcdV(L)第二十六页，共四十二页。解：ab等压过程：bc等容过程：第二十七页，共四十二页。cd等温过程:第二十八页，共四十二页。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，第二十九页，共四十二页。(2)气体内能：第三十页，共四十二页。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

7、热容比 的值。0Vp解：设初态参量为 末态参量为由得第三十一页，共四十二页。等温过程：等容过程：第三十二页，共四十二页。即第三十三页，共四十二页。10-6循环过程 卡诺循环 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。AOBCDO：锅炉，B：气缸C：冷凝器，D：水泵构造：第三十四页，共四十二页。PV0A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

8、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：则第三十五页，共四十二页。二、卡诺循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）C（P3V3T2）D（P4V4T2）Q1Q2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：第三十六页，共四十二页。CD等温压缩过程放热：第三十七页，共四十二页。由绝热方程：联立得：所以卡诺循环效率：代入：第三十八页，共四十二页。三、卡诺致冷循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）D（P4V4T2）Q2 Q1C（P3V3T2）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：第三十九页，共四十二页。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）A