第十章热力学第一定律.ppt
第三章 热力学第一定律,3.1理想气体的内能 功、热量 3.2热力学第一定律 3.3热力学第一定律对理想气体的应用 3.4理想气体的绝热过程 3.5 循环过程 3.6 卡诺循环 3.7 致冷机,3.1 热力学系统的内能 功、热量,一、系统的内能E,对理想气体、处于温度为T的平衡态：,单原子分子：,双原子分子：,多原子分子：,系统的内能是状态量，如同 P、V、T等量,1)做功可以改变系统的状态如：摩擦升温（机械功）、电加热（电功）,二、做功和传热,1.做功：,2)功是过程量,2.传热：,系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。,热量是过程量,三、二者关系,1、等效性：1cal=4.18J,2、区别：,做功：有规则运动,无规则运动,传热：,无规则运动,无规则运动,3.2 热力学第一定律,某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A，系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：,对无限小过程：,一、热力学第一定律,符号规则：,0 表示系统从外界吸热；0 表示系统向外界放热。,0 表示系统对外界做功；0 表示外界对系统做功。,适用于任何热力学系统（气、液、固）的任何热力学过程，各量单位：J,违反热力学第一定律的第一类永动机不可能造成。,第一类永动机：Q=0，E=0，但A0,二、准静态过程体积功,系统状态的变化就是过程，过程无限缓慢为准静态过程。,举例1：外界对系统做功,非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约 10-3 秒，如果实际压缩一次所用时间为 1 秒，就可以说 是准静态过程。,外界压强总比系统压强大一小量 P，就可以 缓慢压缩。,1、准静态过程：过程中的每一状态都是平衡态,举例2：系统（初始温度 T1）从外界吸热,系统 温度 T1 直接与 热源 T2接触，最终达到热平衡，不是 准静态过程。,因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图（或P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。,2.准静态过程的体积功,1）功的解析式,元功：,有限功：,气体膨胀dV0,气体压缩dV0,为了说明功是过程量，通常在微分号上画一小横,2）功的几何表示,如：,3）功是过程量,对相同的初末态，不同过程，A不同,3.3 热一律对理想气体的应用,对理想气体：,准静态过程：,对理想气体准静态过程：,对无限小过程：,一、等容过程 V=C,A=0,等容过程吸收的热量全部用于改变自己的内能,二、等温过程：T=C,等温过程吸收的热量全部用于对外做功,等压过程吸收的热量一部分用于对外做功，一部分用于改变内能。,三、等压过程 p=C,四、热容量,1mol物质温度升高1K时所吸收的热量称为摩尔热容量,用 C表示，单位：J/mol K1Kg物质温度升高1K时所吸收的热量称为比热容，用 c 表示，单位：J/kg K,1.定义：,定压过程：,定容过程：,迈耶公式,4.比热比,2.内能及内能增量可表示为：,1.CV、Cp取值与气体种类有关。,3.,，取值与气体种类有关。,3.4 理想气体的绝热过程,一、绝热过程：,Q=0,微元过程：,有限过程：,微分得：,二、理想气体绝热过程方程：,对理想气体：,绝热过程：,=0,称为泊松方程,绝热过程方程的另外两种形式：,1）若理想气体绝热膨胀对外做正功：,2）若理想气体绝热压缩对外做负功：,由,及,可知：,三、绝热过程曲线：,与等温过程比较,等温过程,pV=pAVA,绝热过程,P=nkT,等温膨胀过程:T不变,n减小,使得p减小,绝热膨胀过程:T减小,n减小，使得p减小,气体绝热自由膨胀,Q=0，A=0，E=0,四、气体绝热自由膨胀：,气体绝热自由膨胀为一非准静态过程,即：,若膨胀前后,则,例：汽缸内有一种刚性双原子分子的理想气体，若经过准静态绝热膨胀后，气体的压强减小了一半，求变化前后气体的内能之比E1:E2=？,解：,由,得,对双原子分子g=7/5,3.5 循环过程、卡诺循环,一、热机及其效率的一般概念,1.工作物质：将热转换为功的物质系统（可为固、液、气），简称工质。,2.热机：利用热做功的机器。如蒸汽机、内燃机等。,3.循环过程：工质经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。,1）E=0,2）由若干个分过程组成,蒸汽机的工作过程：,4.热机工作原理图,且,5.定义热机效率：,1）Q1表示循环过程中吸热分过程吸收热量的和，Q10;,2）Q2表示循环过程中放热分过程放出热量的和，Q20;,3）A净表示热机循环一次系统对外做净功。,二、理想气体的准静态热机循环过程,A净=pV图上循环曲线所包围面积,（正循环）,解：,1）,2）,三、卡诺循环：两个等温过程+两个绝热过程,由,卡诺循环的效率仅与高低温热源温度有关,致冷机的工作过程：,四、致冷循环,（逆循环）,1.工作原理：,2.致冷系数,3.卡诺致冷循环,两个等温过程+两个绝热过程,
