C1-5-2(热力学第一,二定律)

1、1,p - V 图上过程曲线下的面积来计算体积功,系统对外界做功,外界对系统做功,循环过程的功,5.3 功 热量 内能,2,二.热量Q,5.3 功 热量 内能,热容量：,摩尔热容：,等体摩尔热容：,等压摩尔热容：,注意：热量是过程量,中学,3,实际气体的内能：,5.3 功 热量 内能,理想气体的内能：,理想气体分子间无相互作用无分子相互作用势能,理想气体内能是温度 T 的单值函数,4,A 与 Q 比较,5.3 功 热量 内能,5,5.4 热力学第一定律,一. 热力学第一定律,1. 数学形式：,系统从外界吸热 = 内能增量+系统对外界做功,6,理想气体：,5.4 热力学第一定律,注意:,只要初、

2、末两态是平衡态，热力学第一定律均适用，至于在过程中经历的各态无需一定是平衡态。,7,2. 物理意义：,涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。,5.4 热力学第一定律,8,二. 对理想气体的应用,5.4 热力学第一定律,9,1. 等体过程（dV = 0 V = C ),5.4 热力学第一定律,2) 热力学第一定律的具体形式,吸热全部用于增加内能：,代入,适用于一切过程,10,5.4 热力学第一定律,2. 等压过程 ( dp = 0 p = C),2) 热力学第一定律的具体形式,11,5.4 热力学第一定律,3) 等压摩尔热容,迈耶公式,泊松比,12,5.4 热力学第一定律,13,5.4 热力

3、学第一定律,3. 等温过程 ( dT = 0 T = C ),2)热力学第一定律的具体形式,吸热全部用于对外做功,14,5.4 热力学第一定律,1) 过程方程,热力学第一定律,注意：只适用准静态过程,15,5.4 热力学第一定律,等温线 ： pV = 恒量 双曲线,2) 绝热线,过 p-V 图中某点（A),16,5.4 热力学第一定律,3) 热力学第一定律的具体形式,17,理想气体典型过程的主要公式,5.4 热力学第一定律,【】,18,小结：,5.4 热力学第一定律,19,何解对？为什么？,绝热方程对非静态过程不适用,练习1:理想气体自由膨胀，去掉隔板平衡后压强 p = ?,5.4 热力学第一

4、定律,20,思考：,下列说法是否正确？,（1）物体温度越高，含有热量越多。 （2）物体温度越高，其内能越大。,当物体与外界相互作用时在状态变化过程中发生能量传递，不能以宏观功计算的传递的能量称为热量。,5.4 热力学第一定律,21,练习2：理想气体的下列过程，哪些可能发生？,答案：可能发生的有 (4),5.4 热力学第一定律,22,今日内容：,一.热力学基本概念,二.热力学第零定律 温度,第五章 热力学基础,三.功 热量 内能,四.热力学第一定律,五.循环过程 卡诺循环,六.热力学第二定律 卡诺定理,23,一. 循环过程,1. 定义：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。,5

5、.5 循环过程 卡诺循环,24,3. 正循环及其效率,特征：,5.5 循环过程 卡诺循环,25,实例：蒸汽机的循环,效率:,5.5 循环过程 卡诺循环,26,热机效率:,推广到一般情况热机的能量转换:,5.5 循环过程 卡诺循环,27,例1.一定量理想气体TA=300K, CP=5R/2进行如图循环过程，求：,解：,5.5 循环过程 卡诺循环,(1) 循环过程 E = 0,28,哪些过程吸热？,5.5 循环过程 卡诺循环,29,5.5 循环过程 卡诺循环,30,5.5 循环过程 卡诺循环,4. 逆循环及其致冷系数,特征：,31,5.5 循环过程 卡诺循环,实例：电冰箱的循环,注意：这里的Q2

6、仅是循环过程中系统从冷库吸收的热量 衡量致冷的效力,致冷系数：,32,5.5 循环过程 卡诺循环,空调机的循环 致冷机与热泵原理的结合,介绍,33,二.卡诺循环,“为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它们用的什么物质，也不管它们如何动作。” 卡诺,5.5 循环过程 卡诺循环,34,1. 研究循环过程的理想模型 卡诺循环,工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环,1）与两个恒温热源交换能量,2）不与其它热源交换能量,卡诺正循环或卡诺逆循环,5.5 循环过程 卡诺循环,35,2.

7、 理想气体的卡诺循环,卡诺热机效率,5.5 循环过程 卡诺循环,36,C D 等温压缩放热,A B 等温膨胀吸热,B C 绝热过程,D A 绝热过程,5.5 循环过程 卡诺循环,37,5.5 循环过程 卡诺循环,38,卡诺致冷系数,致冷系数：,5.5 循环过程 卡诺循环,39,注意,5.5 循环过程 卡诺循环,40,例2.一卡诺致冷机，从0的水中吸收热量，向27的房间放热。假定将50kg的0的水变成0的冰。已知冰的熔解热为3.35105Jkg-1,试问：释放于房间的热量有多少？使致冷机运转所需要的功是多少？,5.5 循环过程 卡诺循环,解：卡诺致冷机从0(T2=273K)的水（即低温热源）处吸

8、收热量为,向27 (T1=300K)的房间（即高温热源）放热Q1，外界需对卡诺致冷机做功A，,41,例2.一卡诺致冷机，从0的水中吸收热量，向27的房间放热。假定将50kg的0的水变成0的冰。已知冰的熔解热为3.35105Jkg-1,试问：释放于房间的热量有多少？使致冷机运转所需要的功是多少？,5.5 循环过程 卡诺循环,该卡诺致冷机的致冷系数为,得,42,练习3.一卡诺机进行如图两个循环，其相互关系为：,5.5 循环过程 卡诺循环,43,如图两个循环过程：,过程2 1-2 等温、2-3等体 3-4等压、4-1 绝热。,过程1 1-2 等温、2-3 绝热 3-4 等压、4-1 绝热,试比较哪个

9、过程热机效率高。,练习4.,解：,5.5 循环过程 卡诺循环,44,今日内容：,一.热力学基本概念,二.热力学第零定律 温度,第五章 热力学基础,三.功 热量 内能,四.热力学第一定律,五.循环过程 卡诺循环,六.热力学第二定律 卡诺定理,45,5.6 热力学第二定律,二.可逆过程与不可逆过程,若无法使系统 BA或外界无法复原，AB为不可逆过程,如：弹簧振子和单摆的无阻尼简谐振动,如：功变热、热传导和扩散,可逆过程是对准静态过程的进一步理想化,卡诺循环是理想的可逆循环：不计摩擦、漏气，准静态进行。,只有无摩擦的准静态过程是可逆过程,46,1)可逆热力学过程一定是准静态过程 2)准静态过程一定是

10、可逆过程 3)不可逆过程就是不能向相反的方向进行 4)凡有摩擦的过程一定是不可逆的 5)可逆过程一定是平衡过程 6)平衡过程一定是可逆的 7)不可逆过程一定是非平衡的 8)非平衡过程一定是不可逆的,练习5.判断正误,5.6 热力学第二定律,47,(2)热力学第二定律并不意味着热不能完全转变为功,5.6 热力学第二定律,48,3. 两种表述的等效性,5.6 热力学第二定律,用反证法证明后两项,49,4. 热力学第二定律表述的多样性,凡满足能量守恒定律，而实际上又不可实现的过程都可以作为热力学第二定律的一种表述，而且彼此等效。,5.6 热力学第二定律,50,5. 热力学第二定律的实质,从可逆、不可逆过程的角度看热力学第二定律,溶解、扩散、生命 一切与热现象有关的宏观实际过程都是不可逆的，其自发进行具有单向性。,5.6 热力学第二定律,51,5.6 热力学第二定律,四. 卡诺定理,2) 在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切不可逆热机，其效率不可能大于可逆热机的效率。,1) 在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机