热力学第一定律1-2.ppt

1、第三章，热力学第一定律，讲座：左武奎，第三章，热力学第一定律，3.4理想气体的绝热过程，3.1准静态过程的内能功，3.3热容，3.2热力学第一定律，3.7零和热力学第三定律，3.5循环过程的制冷循环，3.6卡诺循环，1。特征： Q=0(气体与外界没有热交换)，绝热材料，气体，在绝热过程中，气体对外界做功(外界对气体做功)，3.4理想气体的绝热过程，(1)准静态绝热过程；(2)气体对外界所做的功与内能之间的关系，物理意义为：证明为：=0，因此内能减少(内能增加)，但热量不变。内燃机气缸内气体的压缩和膨胀。E=E2 E1=-A，两边的微分给出：(2)，3。气体状态参数之间的关系，1。准静态绝热过程

2、，(1)，所以有，证明：证明：和，(2)，Cpm /CVm，泊松方程1。准静态绝热过程；3.气体状态参数之间的关系。(1)通过从式(1)和式(2)中消除d-T而获得。因为Cpm=CVm R，有两个原因。因此，pdV Vdp=0，两侧集成，Lnp lnV=C。泊松方程，4。绝热过程方程，1。准静态绝热过程，绝热过程方程，描述：(1)上述三个方程称为绝热过程方程。描述绝热过程中气体参数之间的关系。(2)上述三个方程中的常数是不同的。(3)常数与气体的质量和初始状态有关。表示比热比。1.准静态绝热过程。将理想气体的绝热过程曲线与等温曲线相比较，绝热线比等温线陡。绝热线比等温线更陡。从分子动力学理论的

3、观点来看，当气体从状态a压缩时，绝热压缩时，体积V n P增加，PT增加，等温压缩时，体积V n增加，但P不变；外界确实对气体和气体分子起作用，所以绝缘线更陡。PQ，Solution :示例3.4 (P120)，具有一定质量的理想气体从初始状态(P1，V1)开始，经历准静态绝热过程，其体积膨胀到V2，从而计算气体在该过程中的外部功。假设这种气体的比热比为。根据泊松方程，如果气体准静态绝热膨胀过程中的任意时刻的参数为P，V，绝热自由膨胀不是准静态过程，也不满足绝热过程方程。Q=0，A=0，E=0，特征：绝缘封闭容器，由绝缘隔板分成两个相等的部分。左半部分充满理想气体，处于平衡状态；右半部分被抽真

4、空。2。绝热自由膨胀，气体、1。在理想气体的绝热自由膨胀过程中，当隔板被去掉时，左半部分的气体将冲入右半部分，达到新的平衡。这个过程叫做绝热自由膨胀。因为它是绝热过程，所以Q=0。所以当左边的气体(理想气体)冲进右边的真空时，=0。因为Q=0，A=0，Q=E2-E1，E=E2-E1=0。因为理想气体的内能只包含分子的平均动能，而分子之间没有作用力，绝热自由膨胀不是一个准静态过程，它不满足绝对真空，即p0V0=pV，并且因为V=2V0，p=p0/2。绝热自由膨胀。理想气体绝热自由膨胀前后的压力关系，p:除去隔膜后气体达到新平衡状态时的压力。在公式中，证明了：热过程方程；然而，本主题中的前两个和后

5、两个状态是平衡状态，因此满足理想气体状态方程。空气，空气，真空，绝热自由膨胀)，3真实气体，空气的绝热自由膨胀，因为理想气体的内能只包含分子的平均动能，而分子之间没有作用力，所以当左边的气体(理想气体)冲进右边的真空时，A=0，但实际气体的分子之间总是有相互作用力，而内能也包含分子间作用力。如果分子间力在绝热自由膨胀过程中主要是排斥和(吸引)。绝热自由膨胀后，由于排斥(吸引)的正(负)功，分子间势能将减少(增加)，而恒定的内能意味着动能将增加(减少)，因此气体温度将增加(减少)。而E=0。也就是说，理想气体的温度在绝热自由膨胀期间是恒定的。3。节流过程(Joule Thomson effect

6、)，p2，p1，多孔塞，当理想气体从高压区(p1)膨胀到低压区(p2)时，当左活塞缓慢向前推动时，气体通过多孔塞流入右区域，右活塞缓慢向右移动以保持p2不变。气体通过多孔塞的过程不是一个准静态过程。这个过程称为节流过程。实际气体的温度在节流过程中会发生变化，这就是所谓的焦耳-汤姆逊效应。空气制冷通常采用节流后气体温度下降的现象。如果在带有隔热管壁的管道中间安装一个多孔塞，两侧的气体压力分别为p1、p2和p1 p2。然后，(节流过程)(焦耳汤姆逊效应)，1。循环过程)，3.5循环过程(制冷循环)，1。工质，在热机中用来吸收热量并在外部做功的物质叫做工质，简称工质。循环过程系统(或工作物质)经历一

7、系列变化，然后回到初始状态的整个过程称为循环过程。火电厂水循环过程。例如，汽轮机中的水。特性：E=0、3。循环过程的P-V图，净热等于净功。关闭曲线。Q=，工作介质的内能是常数。正周期，3。热机效率，2。正周期，1。定义：工质从高温热源吸收Q1热，经循环(仅数值)后将Q2热释放到低温热源，称为正循环或热循环。制造正循环的机器叫做热机。2。网络工作，abc部门的工作媒介对外界做出积极的工作a1；(顺时针)，pV图上的顺时针循环为正循环，系统吸收热量并对外工作，这与热机的工作过程相对应。(如蒸汽机和内燃机)，a，a=a1-a2，b，c，d，而CDA的外部对工作介质a2做负功；净功，E=0，A=Q1

8、 Q2，3。性能系数，正周期(顺时针)，负周期(逆时针)，2。净功，(a代表外界对工作介质所做的功)，负循环的机器称为制冷机(如制冷机)。3。逆循环(制冷循环)，1。定义：工质从低温热源吸收热量Q2，经循环(仅数值)后将热量Q1释放到高温热源，称为逆循环或制冷循环。定义、计算，在pV图上逆时针进行的循环过程是反向循环，其中外部世界对系统起作用，系统释放热量。对应于冰箱工作过程。A=Q1 Q2，3.6卡诺循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。在1824年，卡诺设想了一个热机：假设工作物质只与两个热源(T1的高温热源和T2的低温热源)进行热交换，既没有散热也没有摩擦。卡诺循环的工作物质可以是理想

9、气体、气液两相系统、磁介质等。1.卡诺循环，这种热机称为卡诺热机。它的循环过程叫做卡诺循环。如果循环是可逆的，它被称为可逆卡诺循环；如果它是不可逆的，它被称为不可逆卡诺循环。卡诺循环通常被称为可逆卡诺循环。卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。1.卡诺循环，Q1，Q2，答，图1。卡诺热机，工质从高温热源吸收Q1热，一部分用于外部作功，一部分热量Q2给低温热源。卡诺循环中的能量转换如图1所示。卡诺循环是一个完全理想的条件。描述：高温热源T1，低温热源T2，准静态循环；工作介质是理想气体；仅与两个恒温热源进行热交换。等温T1，等温T2，绝热，绝热，卡诺热机，卡诺热机的效率：1，2，卡诺热机(1

10、)热机在这两个温度之间的工作效率如何？(1)，T1=25 273=298K，T2=5 273=278K，=6.7%，所以，(2)，因为，=1- Q2 /Q1，=1- Q2/(A Q2)，所以=14100，Xi 3.24 (P144)，有可能利用表层海水和深层海水之间的温差来制造热机。众所周知，热带海水的表面温度为25，300米水深约为5。(1)热机在这两个温度之间的工作效率如何？seek:(3)，Q1=Q2，因为，=C m T，因此，=1.8102 (kg)，也就是说，电站以1.8102 kg/s (6.5102 t/h)的速度抽取地表水。高温热源T1，低温热源T2，等温T1，等温T2，绝热，

11、绝热，卡诺制冷机，卡诺制冷机的制冷系数：T2比T1低，W越小，表明当同样的热量Q2从低温热源吸收时，外界做的功越多。3.卡诺制冷机4。卡诺定理)，3.7热力学第零和第三定律1。热力学第零定律2。热力学第三定律，如果系统甲和系统乙分别与系统丙处于热平衡状态，那么当甲和乙接触时，它们也必然处于热平衡状态。能量传导板、能量隔离板、A、B、C、B、C、C(热力学第零定律)、(热力学第三定律)、小结、1不能达到热力学零(绝对零)。绝热过程。理想气体的准静态绝热过程，Q=0，泊松方程，2。绝热自由膨胀，Q=0，A=0，E=0，理想气体的内能不变。3。绝热节流膨胀(焦耳-汤姆逊效应)，实际气体的温度在节流过程中会发生变化。E=E2 E1=-A，小结，2。循环过程，1。正循环(热循环)，系统从高温热源吸收热量并向低温热源释放热量，系统在外部工作。效率，2。逆循环(制冷循环)，系统从低温热源吸热，向高温热源放热，外界为系统做功。制冷系数，系统经过一系列变化后回到初始状态的整个过程。特点：工作介质的内能不变。E=0，Q=1，净热等于净功。小