物理热力学基础1.ppt

1、1,第10章 热力学定律,热力学的发展，特别是以蒸汽机为代表的动力机械的研究引发了第一次工业革命，极大地促进了社会生产力的发展。,2,热力学系统： 热力学研究的对象（物体或物体组）， 其它均称为外界。,系统的分类：,与外界有功，有热交换:,与外界有功，无热交换:,与外界无功，无热交换:,一般系统,绝热系统,封闭（孤立）系统,一 系统状态和过程,3,2. 平衡态,不受外界影响的系统，其宏观性质 （P、 V 、T ）不随外界变化的状态。,3. 热力学过程,状态随时间变化的过程，过程分类：,（1）按系统与外界的关系分类:,自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。,非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变

2、。,非平衡态 到平衡态,平衡态到 非平衡态,4,（2）按过程中经历的各个状态的性质分类:,准静态过程（平衡过程）： 初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。,非静态过程（非平衡过程）： 只要有一个状态不是平衡态，整个过程就是非静态过程。,3,5,（3）按过程的特征分类:,等容过程： d V = 0,等压过程： d P = 0,等温过程： d T = 0,绝热过程： d Q = 0，Q = 0,循环过程：,d E = 0 E终态 = E初态,等值过程,6,10 实际的热力学过程是非平衡过程。,注意：,例：压缩过程,7,20 平衡过程是无限缓慢地进行的，是理想化的抽象。,8,30 平

3、衡过程可在 PV 图上表示出来。,PV 图上一个点，表示一个 状态。,PV 图上一条线，表示一个 过程。,非平衡态，非平衡过程不能在PV 图上表示！,平衡,平衡,9,二 内能,内能: 由热运动状态决定的一种能量。,内能是描述热力学系统状态的物理量。,内能是系统状态的单值函数。,对于理想气体,- 温度的单值函数,当状态变化时，内能的变化为,- 与过程无关,10,功的几何意义：,1,2,P,V,功在数值上等于p V 图上过程曲线下的面积。,一 功（过程量）,11,功的正负：,系统体积增大，做正功； 系统体积减小，做负功。,12,(1) 体积功,只适用于准静态过程。,(3) 功是过程量，功不是状态函

4、数。,(4) 作功是能量传递和转换的一种方式。, 说明,(2) 宏观功，通过系统的宏观位移实现,是系统外物体的有规则 运动与系统内分子无规则运动之间的转换。,13,已知理想气体在一个准静态过程中压强 p 与体积V 满足关系式 ，其中 ，C 均为常数。求：,例1,当理想气体的体积从V1膨胀到V2时，系统对外界所做的功。,根据题设,解：,有,14,二 热 量（过程量）,系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .,热量传递叫做微观功 .,传热：通过分子间的相互作用来完成，是系统外、内分子无规则运动之间的转换。,15,单位,摩尔热容: 热力学系统吸收热量 ，使温度升高 ，其摩尔热容为:,比热：m kg

5、 热力学系统吸收热量 ，使温度升高 ，其比热容为:,单位,16,（1）都是过程量：与过程有关；,（3）功与热量的物理本质不同 .,1 cal = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal,（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；,只有在状态变化过程中才有意义，状态不变，无功、热可言。,17,作电功改变系统 状态的实验,18,三 热力学第一定律,系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功 .,19,20,（1）能量转换和守恒定律. 第一类永动机是不可能制成的. （2）实验经验总结，适用于气、液、固，自然界的普遍规律.,第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对

6、外作功的机械。,21,（3）热功转换不是直接进行的，而是间接的，内能是传递工具。,外界对系统作功，使内能增加，再通过内能降低，系统放热。,系统吸热后，先使内能增加，再通过降低内能对外作功。,22,准静态过程,微变过程,23,理想气体准静态过程过程的热量、功和内能的计算.,（1）功的计算,（理想气体的共性）,或根据,24,（2）内能的计算,或根据,（3）内能的计算,或根据,25,一 等体过程 摩尔定体热容,由热力学第一定律,特性 常量,过程方程 常量,26,单位,摩尔定体热容: 理想气体在等体过程中吸收热量 ，使温度升高 ，其摩尔定体热容为:,27,由热力学第一定律,理想气体,内能通用式,28,

7、等体升压,1,2,29,二 等压过程 摩尔定压热容,过程方程 常量,特性 常量,功,摩尔气体常量等于1mol理想气体在温度升高1k时对外所做的功,30,摩尔定压热容: 理想气体在等压过程中吸收热量 ，温度升高 ，其摩尔定压热容为：,31,可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系,摩尔热容比,32,三个量：,33,1,2,等 压 膨 胀,34,三 等温过程,特征 常量,内能,（等温过程演示）,35,作功,由热力学第一定律,吸热,36,37,四 绝热过程,与外界无热量交换的过程,特征,由热力学第一定律,（绝热过程演示）,38,由热力学第一定律有,在绝热过程中，P、V、T三个参量同时改变。,39,若已知

8、 及,由 可得,40,绝热过程方程的推导,分离变量得,41,常量,42,43,绝热线和等温线,绝热过程曲线的斜率,常量,A,44,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,等温过程曲线的斜率,常量,A,B,C,常量,45,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,气体从同一状态A分别经绝热和等温过程膨胀V,绝热过程 A0,所以 E0，即T降低,46,由相同的初态 a 作同样的体积膨胀时，绝热过程的压强比等温过程的压强减少得多些。,等温：,绝热：,绝热,等温,系统作等温膨胀所作的功比绝热膨胀的功要多。,47,例2 设有 5 mol 的氢气，最初温度 ，压强 ，求下列过程中把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功: （1）等温过程（2）绝热过程 （3）经这两过程后，气体的压强各为多少？,48,解 （1）等温过程,（2）氢气为双原子气体,由表查得 ，有,已知：,49,（3）对等温过程,对绝热过程， 有,50,例3 一汽缸中贮有氮气，质量为1.25kg，在标准大气压下缓慢的加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的功；气体内能的增量；气体所吸收的热量（活塞的质量以及