9.2 热力学第一定律对理想气体的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,92,热力学第一定律对理想气体的应用,第9章热力学基本定律,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础,（,1）,（,理想气体的,共性）,（,2）,解决过程中能,量转换的问题,（,3）,（,理想气体的状态函数,）,（4）,各等值过程的特性.,单位,过程方程 常量,热力学第一定律,特性 常量,定体摩尔热容:,理想气体在等体过程中吸收的热量 ，使温度升高 ,其定体摩尔热容为,9.2.1 等容过程 定容摩尔热容,热力学第一定律,等体,升,压,1,2,等体,降,压,1,2,过程方程 常量,热力学第一定律,特 性 常量,功,定压摩尔热容:,理想气体在等压过程中吸,收的热量 ，温度升高 ，其定压摩尔热容为,1,2,W,9.2.2 等压过程 定压摩尔热容,S,l,V,1,V,2,比 热 容,热容,比热容,1,2,W,等 压,膨 胀,1,2,W,等 压,压 缩,W,W,可得定,压,摩尔热容和定体摩尔热容的关系,摩尔热容比,热力学第一定律,1,2,特征,常量,过程方程,常量,9.2.3 等温过程,恒温热源,S,l,S,V,1,V,2,1,2,等温,膨胀,W,1,2,W,等温,压缩,W,W,1,2,与外界无热量交换的过程,特征,绝热的,汽缸壁和活塞,热一律,9.2.4 绝热过程,若已知 及,1,2,W,从 可得,由热力学第一定律有,绝热过程方程的推导,分离变量得,1,2,绝 热,方 程,常量,常量,常量,1,2,W,绝 热,膨 胀,1,2,W,绝 热,压 缩,W,W,绝热线和等温线,绝热,过程曲线的斜率,等温,过程曲线的斜率,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,常量,常量,A,B,C,常量,例1,设有,5,mol,的氢气，最初的压强为 温度为 ，求在下列过程中，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？,解,1,）等温过程,2,）氢气为双原子气体,1,2,常量,3,）对等温过程,对绝热过程,有,1,2,常量,例2,在一气缸内放有一定量的水，活塞与汽缸间的摩擦不计缸壁由,良,导热材料制成.作用于活塞上的压强 .开始时,活塞与水面接触.若使环境(热源)温度非常缓慢地升高到 .求把单位质量的水汽化为水蒸汽,水的内能改变了多少?,已知,水的汽化热为,水的密度,水蒸汽的密度,解,水汽化所需的热量,水汽化后体积膨胀为,水,水蒸气,热源,水,水蒸气,热源,系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.,热力学第一定律,总放热,（,取绝对值）,净功,特征,一 循环过程,总吸热,A,B,9.2.6,循环过程 卡诺循环,热机,二 热机效率和致冷机的致冷系数,热机效率,高温热源,低温热源,热机（,正,循环）,A,B,热机,：持续地将热量转变为功的,机器,.,工作物质,（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质.,致冷机致冷系数,致冷机（,逆,循环）,致冷,机,高温热源,低温热源,A,B,冰箱,循环示意图,1,4,2,3,例 1,1,mol,氦气经过如图所示的循环过程，其中 ,求,12、23、34、41,各过程中气体吸收的热量和热机的效率.,解,由理想气体物态方程得,1,4,2,3,1698,年萨维利和,1705,年纽可门先后发明了,蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低.,1765,年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.,三 卡诺循环,1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环卡诺循环.给出了热机效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理,.,卡诺,循环是由两个准静态,等温,过程和两个准静态,绝热,过程组成,.,低温热源,高温热源,卡诺热机,W,A,B,C,D,W,A,B,C,D,理想气体卡诺循环热机效率的计算,A B,等温膨胀,B C,绝热膨胀,C D,等温压缩,D A,绝热压缩,卡诺循环,A,B,等温膨胀,吸,热,C D,等温压缩放热,W,A,B,C,D,D A,绝热过程,B C,绝热过程,卡诺热机效率,W,A,B,C,D,卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.,W,A,B,C,D,高温热源,低温热源,卡诺致冷机,卡诺致冷机（卡诺逆循环）,卡诺致冷机,致冷,系数,图中两卡诺循环 吗？,讨 论,例2,一台电冰箱放在室温为 的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在 .现每天有 的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少?设在 至 之间运转的致冷机(冰箱)的致冷系数,是卡诺致冷机致冷系数的 55%.,解,由致冷机致冷系数 得,房间传入冰箱的热量 热平衡时,保持冰箱在 至 之间运转,每天需作功,功率,第九章作业：,P,296 9.24,P,297 9.30,P,297 9.31,