第十热力学基础课件1

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,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第十热力学基础,优选第十热力学基础,(3),符号规律：,符号,A,Q,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,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。,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,P,V,0,A,B,C,a,b,c,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,P,V,0,A,B,C,a,b,c,三、功（体积功）,元功：,（2）试求点C状态的温度 。,10-3气体的摩尔热容量,10-3气体的摩尔热容量,能量而改变物体内能的过程。,曲线下的面积表示理想气体从,能量而改变物体内能的过程。,3、理想气体等温过程作功图示：,由热力学第一定律知，此循环，,循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始,逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外,理想气体等值过程的应用,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,3、理想气体等温过程作功图示：,等温线是等轴双曲线的一支,第十章 热力学第一定律,单位：J 1cal=4.,10-6循环过程 卡诺循环,（2）气体内能之比？,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,求各分过程的 各为多少？,10-2,热力学第一定律,Q,A,无限小过程：,有限过程：,其中：,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,二、气体的定压摩尔热容量,与温度无关,占它从高温热库吸收的热量的比率。,由热力学第一定律可知：,等温线是等轴双曲线的一支,驰豫时间：一个系统如果最初处于非平衡态，经过一段,10-2热力学第一定律,无论等容过程、等压过程：,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,3、理想气体等温过程作功图示：,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,求各分过程的 各为多少？,曲线下的面积表示理想气体从,10-3气体的摩尔热容量,（2）试求点C状态的温度 。,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,定律,定义：热力学系统在状态发生变化的过程中，每一时刻,可见,迈耶公式,比热比：,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：,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,A,1,、等温过程的实现：,则内能不变,代入上式,2,、等温过程的热量：,3,、理想气体等温过程作功图示：,V,P,P,1,V,1,V,2,P,2,T,A,I,II,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：,二、等容过程,1,、等容过程的实现：,10-2热力学第一定律,1、定义：当系统的状态发生变化时，系统和外界不发生,第十章 热力学第一定律,比热容比 的值。,等温线是等轴双曲线的一支,能量而改变物体内能的过程。,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外,能量而改变物体内能的过程。,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,10-6循环过程 卡诺循环,二、气体的定压摩尔热容量,界对系统作净功。,曲线下的面积表示理想气体从,。,10-6循环过程 卡诺循环,为等温过程，已知,10-6循环过程 卡诺循环,V,P,II,I,P,1,P,2,V,3,、等容过程的,P-V,图：,2,、求,对等容过程：,三、等压过程,1,、等压过程的实现：,A,2,、求,内能的改变量：,对外作功：,3,、等压过程的,P-V,图：,V,P,V,1,V,2,P,I,II,A,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：,二、求绝热过程中的功,A,由热力学第一定律可知：,A,绝热壁,对于有限变化：,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：,四、绝热过程的,P-V,图,1,、,P-V,图：,V,P,I,II,A,0,将绝热方程代入,可得：,能量而改变物体内能的过程。,状态的过程。,时间。,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,例10-1：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系,（2）CA为绝热过程：,驰豫时间：一个系统如果最初处于非平衡态，经过一段,由热力学第一定律知，此循环，,由热力学第一定律可知：,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,能量而改变物体内能的过程。,（1）在P-V图上这循环如何表示？,3、等压过程的P-V图：,等温线是等轴双曲线的一支,列状态变化过程，其中ab为等压过程，bc为等容过程，cd,（4）计算循环过程的效率。,其体积等温膨胀到原来的5倍，然后等容加热，末态时它,单位：J 1cal=4.,对外作功。,曲线下的面积表示理想气体从,定律,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,V,P,A,B,C,A,点相交,比较在,A,点斜率：,可见绝热线比等温线陡,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 各为多少？,2,1,0,1,2,4,a,b,c,d,V(L),解：,ab,等压过程：,bc,等容过程：,cd,等温过程,:,例,10,2,：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，,(2),气体内能：,例,10,3,：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,比热容比 的值。,0,V,p,解：设初态参量为,末态参量为,由,得,等温过程：,等容过程：,即,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。,A,O,B,C,D,O：锅炉，,B,：气缸,C,：冷凝器，,D,：水泵,构造：,P,V,0,A,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,二、卡诺循环,V,P,A,（,P,1,V,1,T,1,）,B,（,P,2,V,2,T,1,）,C,（,P,3,V,3,T,2,）,D,（,P,4,V,4,T,2,）,Q,1,Q,2,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：,CD,等温压缩过程放热：,由绝热方程：,联立得：,所以卡诺循环效率：,代入：,三、卡诺致冷循环,V,P,A,（,P,1,V,1,T,1,）,B,（,P,2,V,2,T,1,）,D,（,P,4,V,4,T,2,）,Q,2,Q,1,C,（,P,3,V,3,T,2,）,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：,例,10,4,：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,）,AB,、,BC,两过程是吸热还是放热？,（,4,）计算循环过程的效率。,A,B,C,T,V,0,0,P,V,A,B,C,解（,1,）如图：,（,2,）,CA,为绝热过程：,根据,得,（,3,）,AB,过程为等温膨胀过程，吸热,BC,过程为等容降温过程，放热,无论等容过程、等压过程：,由热力学第一定律知，此循环，,（1）物体的温度越高，则热能越多,卡诺循环就是在两个恒温热源（一个高温热源，一个低,1、定义：当系统的状态发生变化时，系统和外界不发生,传热过程中所传递的能量,例102：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），,能量而改变物体内能的过程。,曲线下的面积表示理想气体从,卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.,二、求绝热过程中的功A,等温线是等轴双曲线的一支,（2）物体的温度越高，则内能越大,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半，求变化前后：,能量而改变物体内能的过程。,卡诺循环就是在两个恒温热源（一个高温热源，一个低,逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外,（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？,曲线下的面积表示理想气体从,3、理想气体等温过程作功图示：,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,即：循环过程曲线所包围面积,卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.,10-2热力学第一定律,10-2热力学第一定律,由热力学第一定律可知：,能量而改变物体内能的过程。,（1）物体的温度越高，则热能越多,循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始,（2）物体的温度越高，则内能越大,10-6循环过程 卡诺循环,条件：系统与外界的温度不同。,能量而改变物体内能的过程。,。,10-6循环过程 卡诺循环,循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始,传热过程中所传递的能量,即：循环过程曲线所包围面积,10-3气体的摩尔热容量,例102：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），,传热过程中所传递的能量,由热力学第一定律知，此循环，,摩尔热容量：1mol物质，当温度升高1K时所吸取的热量,及系统绝热指数 均为已知。,正循环（热循环）：循环过程沿顺时针方向进行，系统,占它从高温热库吸收的热量的比率。,能量而改变物体内能的过程。,能量而改变物体内能的过程。,卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.,其体积等温膨胀到原来的5倍，然后等容加热，末态时它,。,10-3气体的摩尔热容量,循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始,传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动,即：循环过程曲线所包围面积,CD等温压缩过程放热：,卡诺循环就是在两