热力学基础讲义课件.ppt

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）。,（一）准静态过程 热量 功,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。,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。,P-V图,点: 平衡态线: 过程,PV0ABCabc二）、热量传热：通过分子间的相互作用传递分,三）、功（体积功）,实验一,作功增加物体内能,实验二,传递热量也可增加物体内能,单位：J 1cal=4.1855J,热量（Q）：传热过程中所传递的能量。,三）、功（体积功）实验一作功增加物体内能AAAQ实验二传递热,元功：,P,S,dl,PV0ABCabc元功：PSdl,无限小过程：,有限过程：,其中：,热力学第一定律,（二）热力学第一定律 QA无限,热力学第一定律,符号规律:,符号 + -,A 系统对外界作功 外界对系统作功,Q 系统从外界吸热 系统向外界放热,系统内能增加 系统内能减少,第一类永动机: 对外界作功却又不需要外界供给能量，而且系统内能也不发生变化的机器。,热力学第一定律,“第一类永动机是不可能造成的”,热力学第一定律符号规律:符号,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,（三）气体的摩尔热容量 摩尔热,二）、气体的定压摩尔热容量,与温度无关,二）、气体的定压摩尔热容量与温度无关,比热比：,可见迈耶公式比热比：,总结：无论等容过程、等压过程还是任意其他过程：,刚性单原子刚性双原子刚性多原子总结：,例1：20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图，（1）沿1m2路径；（2）沿12直线。试分别求出这两过程中的A与Q及氧气内能的变化氧气分子当成刚性分子理想气体看待。,例1：20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程0105,解(1)1m2过程：对于1m过程，由于体积不变（等容过程），所以,解(1)1m2过程：,对于m2过程：,对于m2过程：,热力学基础讲义课件,对于整个1m2过程：,对于整个1m2过程：,(2)12过程：,功可由直线下面积求出：,(2)12过程：功可由直线下面积求出：,由热力学第一定律得：,由热力学第一定律得：,一）、等温过程,1、等温过程的实现：,则内能不变,（四）热力学第一定律对一）、等温过程恒A1、等温过程的实现：,代入上式,2、等温过程的热量：,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：,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：,3、理想气体等温过程作功图示：VPP1V1V2P2TAIII,二）、等容过程,1、等容过程的实现：,2、求,对等容过程：,3、等容过程的P-V图：,特征:,二）、等容过程1、等容过程的实现：2、求对等容过程：VPII,三）、等压过程,1、等压过程的实现：,A,内能的改变量：,对外作功：,2、求,特征:,三）、等压过程1、等压过程的实现：A内能的改变量：对外作功：,3、等压过程的P-V图：,3、等压过程的P-V图：VPV1V2PIIIA,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：,对于有限变化：,（五）绝热过程 一）、绝热过,三）、绝热方程,由（2）式可得：,所以：I绝热膨胀：II绝热压缩：,三）、绝热方程（1）（2）（3）其中：均为常数由（2）式可得,四）、绝热过程的P-V图,1、P-V图：,四）、绝热过程的P-V图1、P-V图：VPIIIA0将绝热方,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,A点相交比较在A点斜率：,可见绝热线比等温线陡,2、绝热过程与等温过程的比较：（1）绝热过程方程：（2）P-,例2：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？,例2：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系210124,解：ab等压过程：,bc等容过程：,解：ab等压过程：bc等容过程：210124abcdV(L),cd等温过程:,cd等温过程:210124abcdV(L),例3：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，,例3：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），解：根据绝热方,(2)气体内能：,(2)气体内能：,例4：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比 的值。,解：设初态参量为 末态参量为,由,得,例4：有3mol温度为,等温过程：,等容过程：,等温过程：等容过程：0Vp,即,即0Vp,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：,1、定义,2、P-V图,a,b,c,d,正循环：沿顺时针方向进行的循环 过程（如：abcda过程）。,逆循环：沿逆时针方向进行的循环 过程（如：adcba过程）。,（六） 循环过程 卡诺循环,3、热机及其效率,热机：利用工作物质连续不断地把热量转化为功的装置 （如：蒸汽机）。,a,b,c,d,正循环：系统对外作净功。,如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程; 则,过热蒸汽温度可达540度,压强可达20MPa(电厂机组容量300Mwh),3、热机及其效率热机：利用工作物质连续不断地把热量转化为功的,4、致冷机及其致冷系数,a,b,c,d,逆循环：外界对系统作净功。,致冷系数：,如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程; 则,4、致冷机及其致冷系数PV0abcd逆循环：外界对系统作净功,二）、卡诺循环,卡诺循环：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。,AB等温膨胀过程吸热：,由两个等温过程和两个绝热过程组成。,二）、卡诺循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）C（P,CD等温压缩过程放热：,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：,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,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：,三）、卡诺致冷循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）D,例5：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。,0,P,V,A,B,C,解（1）如图：,例5：图为某理想气体系统的一个循环过程，其中CAABCTV0,（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,（2）CA为绝热过程：得（3）AB过程为等温膨胀过程，吸热B,(4)效率：,(4)效率：,例6：一卡诺机在400K和300K之间工作，求：（1）若在正循环中，该机从高温热源吸热5000J热量，则将向低温热源放出多少热量？对外作功多少？（2）若使该机反向运转，当从低温热源吸收5000J热量则将向高温热源放出多少热量？作功多少？,解（1）对卡诺热机,热源温度差越大则作功越多。提高效率途径是提高高热源温度。,例6：一卡诺机在400K和300K之间工作，求：解（1）对卡,(2)对卡诺致冷机,低温热源温度越低，则提取相同热量所需作功也越大。,(2)对卡诺致冷机低温热源温度越低，则提取相同热量所需作功也,