热学ppt大学物理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

(Thermodynamics)(Thermodynamics)热热学学力力热学（二热学（二)1第1页l 准静态过程准静态过程l 功、热量、内能功、热量、内能l 热力学第一定律热力学第一定律()l 热容量热容量l 理想气体绝热过程理想气体绝热过程l 循环过程和热机循环过程和热机()l 卡诺循环和卡诺热机卡诺循环和卡诺热机()l 致冷机致冷机 2第2页3.1 3.1 准静态过程准静态过程（quasi-static processquasi-static process）热力学中研究过程时，为了在热力学中研究过程时，为了在理论上理论上能利用系能利用系统处于平衡态时性质统处于平衡态时性质,引入准静态过程概念引入准静态过程概念.原平衡态原平衡态 非平衡态非平衡态新平衡态新平衡态一一.热力学热力学系统从一个状态系统从一个状态 改变到另一个状态改变到另一个状态,称称 为热力学过程为热力学过程.二二.准静态过程准静态过程:1.1.准静态过程是由无数个平衡态组成过程准静态过程是由无数个平衡态组成过程.2.2.准静态过程是实际过程理想化模型准静态过程是实际过程理想化模型.(无限迟缓无限迟缓)有理论意义有理论意义,也有实际意义也有实际意义.3第3页3.3.准静态过程能够用准静态过程能够用 P-V P-V图上一条曲线图上一条曲线 (过程曲线过程曲线)来表示来表示.准静态过程条件准静态过程条件弛豫时间弛豫时间 :由非平衡态到平衡态所需时间由非平衡态到平衡态所需时间.准静态过程条件准静态过程条件:(T):(T)过程过程 比如，比如，实际气缸压缩过程可看作是准静态过程实际气缸压缩过程可看作是准静态过程。(T)(T)过程过程0.10.1秒秒 L/v=0.1/100=0.001L/v=0.1/100=0.001秒秒改变系统状态方法：改变系统状态方法：1.1.作功作功 2.2.传热传热4第4页 3.2 3.2 功功(work)(work)经过作功能够改变系统热力学状态经过作功能够改变系统热力学状态.机械功机械功(摩擦功、体积功摩擦功、体积功););电功等电功等功计算功计算(准静态过程准静态过程,体积功体积功)：气体对外界作功气体对外界作功（为简单起见忽略摩擦）（为简单起见忽略摩擦）(1)(1)直接计算法（由定义）直接计算法（由定义）5第5页例例.摩尔理想气体从状态摩尔理想气体从状态1 1状态状态2 2，设经历等温过程设经历等温过程。求气体对外所作功。求气体对外所作功。解解 注意注意:若若A A 0 0 系统对外界作功系统对外界作功.若若 A A 1=A/Q 1）是不可能制成是不可能制成.对于任一元过程对于任一元过程 热力学第一定律适合用于热力学第一定律适合用于 任何系统任何系统(气液固气液固)任何过程任何过程(非准静态过程也适用非准静态过程也适用),),只要初、末态为平衡态只要初、末态为平衡态.AEQ+=dAdEdQ+=符号要求符号要求:Q 0 Q 0 系统吸热系统吸热.E 0 E 0 系统内能增加系统内能增加.A 0 A 0 系统对外界作正功系统对外界作正功.13第13页 热力学第一定律应用热力学第一定律应用 例例:一系统由图中所表示状态一系统由图中所表示状态a a沿沿acbacb抵达状态抵达状态b,b,有有80cal80cal热量传入系统热量传入系统,而系统做功而系统做功126J.126J.(1)(1)若沿若沿adbadb时系统作功时系统作功42J,42J,问有多少热量传入系统问有多少热量传入系统?(2)(2)当系统由状态当系统由状态b b沿曲线沿曲线baba 返回状态返回状态a a时时,外界对系统外界对系统 作作84J,84J,试问系统是吸热还试问系统是吸热还 是放热是放热?热量传递是多少热量传递是多少?abvcdpo(3)(3)若状态若状态d d与状态与状态a a内能之差为内能之差为40cal,40cal,试求沿试求沿adad及及 db db各自吸收热量是多少各自吸收热量是多少?14第14页解解:(1)A(1)Aacbacb=126J =126J Q Qacbacb=804.18J=334.4J=804.18J=334.4JEEabab=Q=Qacbacb-A-Aacbacb=334.4-126=208.4J=334.4-126=208.4J 则则 Q Qadbadb=E=Eabab+A+Aadbadb=208.4+42=250.4J=208.4+42=250.4J(2)A(2)Ababa=-84J Q=-84J Qbaba=E=Ebaba+A+Ababa=-208.4-84=-292.4J =-208.4-84=-292.4J (放热放热)(3)E(3)Ead ad=404.18J=167.2J=404.18J=167.2J Q Qadad=E=Eadad+A+Aadad=167.2+42=209.2J=167.2+42=209.2J Q Qdbdb=E=Edbdb+A+Adbdb=E=Eabab-E-Eadad+A+Adbdb=208.4-167.2+0=41.2J=208.4-167.2+0=41.2Jabvcdpo15第15页3.4 3.4 热容量，热力学第一定律对理想气体应用热容量，热力学第一定律对理想气体应用 一一.等容摩尔热容量等容摩尔热容量 单位单位:J/molK:J/molK普通普通C C与温度相关，也与过程相关，能够测量与温度相关，也与过程相关，能够测量。n ndTdQCm1=对于理想气体等容过程对于理想气体等容过程,RiCv.m2=-=2112TTV.mdTCEEEn nTCEV.m=n n 摩尔热容量：摩尔热容量：一摩尔物质一摩尔物质(温度温度T T时时)升高升高1 1度所吸收热量度所吸收热量,即即 16第16页二二.等压摩尔热容量等压摩尔热容量 对于等压过程对于等压过程,dQ=dE+dA,dQ=dE+dA =C Cv.mv.mdTdT+PdV+PdV再由理想气体状态方程有再由理想气体状态方程有 PdV=PdV=RdTRdT dQ=dQ=C CV.mV.mdT+dT+RdT=RdT=(C(CV.mV.m+R)dT+R)dT 于是于是 =(1/=(1/)（dQ/dTdQ/dT）=(i/2)R+R=(i/2)R+R P.mC思索思索:?V.mP.mcc（迈耶公式）（迈耶公式）RCCV.mP.m+=所以所以注意：注意：对于理想气体对于理想气体,公式公式 E=E=C Cv v T T不但不但适合用于适合用于等容过程，而且等容过程，而且适合用于适合用于任何过程。任何过程。如图，作一个辅助过（等容如图，作一个辅助过（等容+等温）等温）连接始末两点连接始末两点TCEEEEV.mVTV=+=n n辅辅17第17页三三.泊松比泊松比(poissons ratio)(poissons ratio)(也称为比热比也称为比热比)或或 对单原子分子对单原子分子,=3,=1.67=3,=1.67 对刚性双原子分子对刚性双原子分子,=5,=1.40=5,=1.40 对刚性多原子分子对刚性多原子分子,=6,=1.33=6,=1.33热容量是能够试验测量，热容量是能够试验测量，理论值与试验值符合得相当好（见书）。理论值与试验值符合得相当好（见书）。12+=iiCCV.mP.mg gV.mV.mV.mV.mP.mCRCRCCC+=+=1g g=18第18页四四.热力学第一定律对理想气体过程应用热力学第一定律对理想气体过程应用1.1.等容过程等容过程 能量转换关系能量转换关系:吸热全部转换为系统内能增量。吸热全部转换为系统内能增量。过程方程过程方程:P/T=const.:P/T=const.P PV VT T1 1T T2 2 2.2.等压过程等压过程 过程方程过程方程:V/T=const.:V/T=const.能量转换关系能量转换关系:)(1221VVPPdVAVV-=)(12TTCQP.mP-=n n)(12TTCEV.m-=n nP PV VV V1 1V V2 2部分用于对外做功部分用于对外做功,其余用所吸热量一于增加系统内能其余用所吸热量一于增加系统内能.E=QE=Qv v=C Cv.mv.m(T(T-T-T)A=0 A=0 E=QE=Qv v=C Cv.mv.m(T(T-T-T)19第19页系统吸热全部用来对外做功系统吸热全部用来对外做功.思索思索:C:CT T(等温摩尔热容等温摩尔热容)=)=有限值有限值 无穷大？无穷大？能量转换关系能量转换关系:E=0:E=0；12ln2121VVRTVdVRTPdVAQVVVVn nn n=3.3.等温过程等温过程 过程方程过程方程:PV=const.:PV=const.20第20页3.5 3.5 理想气体绝热过程理想气体绝热过程 一一.理想气体准静态绝热过程理想气体准静态绝热过程 过程方程过程方程:或或准静态绝热过程准静态绝热过程:绝热过程中每一个状态都是平衡态。绝热过程中每一个状态都是平衡态。推导思绪推导思绪:(1)(1)先考虑一绝热元过程先考虑一绝热元过程 dQ=dQ=,dA=-dE,dA=-dE,PdV=-PdV=-C Cv.mv.mdT (1)dT (1)(2)(2)再对理想气体状态方程取微分再对理想气体状态方程取微分,有有 将将(1)(1)代入代入(2)(2)中化简中化简,即得即得PdV+VdP=PdV+VdP=RdT (2)RdT (2)21第21页 绝热线绝热线:证实：设一等温线和一绝证实：设一等温线和一绝 热线在点相交热线在点相交数学上：数学上：比较点处等温比较点处等温 线与绝热线斜率线与绝热线斜率 (注意注意 1).1).物理上物理上:经等温膨胀过程经等温膨胀过程V V-n-n-P-P 经绝热膨胀过程经绝热膨胀过程V V-n-n-P-P（注意绝热线上各点温度不一样）（注意绝热线上各点温度不一样）绝热线比等温线更陡绝热线比等温线更陡.且因绝热对外做功且因绝热对外做功E E-T-T-P-P P P2 2 P=RTVVRTVdVRTPdVAQVVVVn nn nn n24第24页热容量能够是负吗？热容量能够是负吗？例例1 1：分析如图理想气体三个过程热容量正负。分析如图理想气体三个过程热容量正负。图中三个过程图中三个过程 E E都一样都一样,且且 E0E0由热一律由热一律外外AEAEQ-=+=对绝热过程对绝热过程 C=0,C=0,外外AE-=0 因因dT0,dT0,若若 dQ0 dQ0 则则 C Cm m00 若若 dQ0 dQ0 则则 C Cm m00,0,吸热吸热,C0,C0 对对3131过程过程 Q=Q=E-AE-A外外0,0,放热放热 C0 C0)034 34 等温压缩过程等温压缩过程 Q Q2 2=A=A3 3=RTRT2 2ln(vln(v4 4/v/v3 3)0)0,0,向高温热源放热向高温热源放热|Q|Q1 1|(Q|(Q1 10)0)58第58页数据概念：数据概念：可见可见,低温热源温度低温热源温度T T2 2 越低越低,则致冷系数则致冷系数 越小越小,致冷越困难致冷越困难.普通致冷机普通致冷机 :2 :27.7.若若T T1 1=293K(=293K(室温室温),),59第59页 电冰箱工作原理电冰箱工作原理60第60页第三章第三章 作业作业 P139 习题习题 3.1,3.3,3.4,3.18,3.20.61第61页