大学物理第17章热力学第一定律.ppt

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,*,DUT 余 虹,*,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余 虹,1/30/2026,1,DUT 余 虹,第四篇 热 学,1/30/2026,2,DUT 余 虹,17.1 准静态过程,一、热平衡态与状态参量,T,1,T,2,系统自动演化到唯一的终态均匀态,平衡态,不同温度的物体相互接触,达到同一温度。,T,墨水滴到水里,颜色均匀,热平衡态,不受外界影响，一个系统的宏观热力学性质不随时间改变的状态。,描述平衡态系统可以用,宏观状态参量：,P、V、T,注意：,这里的平衡是动态平衡，,微观上并非静止；,宏观状态参量也有涨落，只是平均值不随时间变化,1/30/2026,3,DUT 余 虹,P,F,P,0,V,PVT,P,V,T,P,F,P-V,图上一个点 一个平衡态,一个过程能在,P-V,图上用一条线描述准静态过程。,P,0,T,V,0,T,二、准静态过程,1/30/2026,4,DUT 余 虹,17.2 热力学第一定律,一、系统的内能,焦耳实验,A,外,+,A,非保内,=,E,M,+,E,0,0,实验结果,T,系统的内能与温度有关,绝热壁,U,是系统热力学状态的单值函数，其变化可以用系统绝热时，外界对系统 所作的功来量度。,理想气体的内能是温度的单值函数。,1/30/2026,5,DUT 余 虹P,1,F,P,2,F,x,dx,P,0,V,P,1,V,1,P,2,V,2,系统作功,活塞位移,P,1,V,1,P,2,V,2,d,V,0,A,0,系统作正功,d,V,0,A,0,吸热,A,0,系统对外界作功,Q,0,放热,A,0,内能增加,E,2,E,1,Q,P,0,V,（,P,2,VT,2,）,（,P,1,VT,1,）,Q,系统放热,Q,0,内能减少,E,2,T,1,T,2,0,V,2,V,1,系统对外作功,A,0,T,2,T,1,内能增加,E,2,-E,1,0,V,2,V,1,外界对系统作功,A 0,T,2,T,1,内能减少,E,2,-E,1,0,系统放热,Q,V,1,系统对外作功,A,0,系统吸热,Q,0,V,2,V,1,外界对系统作功,A,0,系统放热,Q,0,Q,吸,Q,放,正循环,致冷机,A,0,Q,吸,Q,放,逆循环,一、一般循环过程,1/30/2026,18,DUT 余 虹,讨论,正循环,P,0,V,（1）,（2）,（3）,（1）,讨论热机的效率。,T,（3）,（2）,V,Q,=0,Q,1,Q,2,吸热,作功,（1）,（2）,+,Q,1,+,A,1,（2）,（3）,-,Q,2,0,（3）,（1）,0,-,A,2,Q,1,-Q,2,=A,1,-A,2,=A,净功,Q,吸,-,Q,放,=,A,热机 效率,希望系统多作功，少吸热,越大越好。,1/30/2026,19DUT 余 虹,讨论,逆循环,P,0,V,（1）,（2）,（3）,（1）,讨论致冷系数,T,（2）,（3）,V,Q,=0,-,Q,1,Q,2,吸热,作功,（1）,（2）,0,+,A,2,（2）,（3）,+,Q,2,0,（3）,（1）,-,Q,1,-,A,1,Q,2,-,Q,1,=A,2,-A,1,=A,0,外界作功,Q,吸,+,A,外,=,Q,放,致冷系数,希望外界少作功，多从低温热源吸热,越大越好。,1/30/2026,20,DUT 余 虹,例题,1,mol,单原子理想气体作循环（如图），已知：,P,=2,P,、,V,=2,V,，,求：,（1）作正循环时，,=？（2）,作逆循环时，,=？,P,0,V,P,P,V V,1,2,3,4,解,（1）,Q,12,Q,23,Q,34,Q,41,Q,吸,=,Q,12,+,Q,23,由,P,=2P,T,2,=2,T,1,V,A,=,循环线所围面积,=,（,P,-,P,）（,V,-,V,）,=2,P,1,V,1,=2,RT,1,由,V,2,=2,V,2,T,3,=2,T,2,P,1/30/2026,21,DUT 余 虹,1,2,3,4,P,0,V,P,P,V V,Q,21,Q,32,Q,43,Q,14,解（2）,Q,吸,=,Q,14,+Q,43,=,5.5,1/30/2026,22,DUT 余 虹,卡诺,（,N.carnot,）,法国物理学家认为由实验改进蒸汽机的效率是碰运气，必须从理论上找出依据。,问题,1、热机效率是否存在极限？,2、热机效率与工作物质有无关系？,T,1,T,2,理想化热机,卡诺热机,Q,1,A,=Q,1,-Q,2,Q,2,2 个 等温过程,2 个 绝热过程,二、卡诺循环,1/30/2026,23,DUT 余 虹,P,0,V,（1）,（2）,（3）,Q,1,Q,2,（4）,T,1,T,2,V,1,V,4,V,2,V,3,吸热,作功,内能,（1）,（2）,Q,1,A,1,0,（2）,（3）,0,A,2,E=-A,2,（3）,（4）,-Q,2,-A,3,0,（4）（1）,0,-A,4,E,=A,4,Q,1,-Q,2,A,1,-A,3,（,净功,）,0,（2）,（3）,（4）,（1）,A,卡诺热机,1/30/2026,24,DUT 余 虹,1、任何热机的最大效率与工作物质无关，提高效率,的办法,T,1,；,T,2,。,一般,0,2、产生最大效率的必要条件是，过程中不存在任何不是由于体积膨胀而引起的温度变化（即没有热辐射、摩擦、漏气）。满足这点，称为可逆机。,3、,单独供热不能给出动力（没有冷，热将无用，当热从高温传向低温过程中才可能产生推力。）,P,-,V,图上一条等温线与一条绝热线不可能有多于1个的交点。,P,-,V,图上一条等温线与一条绝热线不可能形成闭合回路。,1/30/2026,25,DUT 余 虹,T,1,T,2,-,Q,1,A,外,Q,2,卡诺致冷机,P,0,V,（1）,（2）,（3）,-,Q,1,Q,2,（4）,T,1,T,2,A,外,Q,1,=Q,2,+,A,外,卡诺 致冷机的致冷系数,T,1,相同，,T,2,越小，吸出等量热量，需要,A,外,越大。,T,2,相同，,T,1,越大，吸出等量热量，需要,A,外,越大。,1/30/2026,26,DUT 余 虹,奥托,循环,=？,P,0,V,（1）,（2）,（3）,Q,1,Q,2,（4）,V,2,V,1,过程,热量,功,1,2,Q,=0,0,-,A,2,2,3,V,Q,1,0,3,4,Q,=0,0,A,1,4,1,V,-,Q,2,0,Q,1,=,c,V,（,T,3,-T,2,）,Q,2,=,c,V,（,T,4,-T,1,）,（1）,（2）,（4）,（1）,V,1,/,V,2,压缩比,1/30/2026,27,DUT 余 虹,作者,余 虹,1/30/2026,28,DUT 余 虹,