第三章 热力学第一定律要点课件.ppt

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1、第三章 热力学第一定律, 3.1功、热、内能 3.2热力学第一定律 3.3热容量 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致冷循环,1.功、热、内能,2热第一定律.,3.热容量,4绝热过程.,5.循环过程,6卡诺循环.,7.致冷循环,8.EXIT,3.1 功、热、内能,一、做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）二、功是过程量,功的几何意义: 功在数值上等于P V 图上过程曲线下的面积。,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。,微小热量 ：, 0 表示系统从外界吸热； 0 表示系统向外界放热。,总热量：,积分与过程有关

2、。,系统的内能是状态量 如同 P、V、T等量,理想气体 ：,内能的变化：,只与初、末态有关，与过程无关。,热量是过程量,3.2 热力学第一定律 (The first law of thermodynamics),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：,打开 阀门，水温一直不变问： 1）气体吸热？ 2）气体温度？ 3）气体内能？ 4）气体做功？,（一）、热力学第一定律可表达为：,amb和anb过程所作的功不同，吸收的热量也不同所以功、热量和所经历的过程有关，而内能改变只决定于初、末态和过程无关。,dQ = dE + P dV

3、,dA = 0,（二）、 热力学第一定律对于理想 气体等值过程的应用,一、等容过程,等容过程吸收的热量：,单原子 双原子 多原子,特征：,二、等压过程,定压摩尔热容,迈耶公式,dP = 0,三、等温过程,7-1 1mol 单原子理想气体从300K加热到350K，(1) 容积保持不变；(2) 压强保持不变；问：在这两过程中各吸收了多少热量？增加了多少内能？对外作了多少功？,结束,目录,结束,目录,7-2 在1g氦气中加进了1J的热量，若氦气压强并无变化，它的初始温度为200K，求它的温度升高多少？,结束,目录,结束,目录,7-3 压强为1.0105Pa，体积为0.0082m3的氮气，从初始温度3

4、00K加热到400K，加热时(1) 体积不变，(2) 压强不变，问各需热量多少？哪一个过程所需热量大？为什么？,结束,目录,两过程内能变化相等，因等压过程需对外作功，所以需要吸收更多的热量。,结束,目录,7-4 将500J的热量传给标准状态下2mol的氢。(1) 若体积不变，问这热量变为什么？氢的温 度变为多少？(2) 若温度不变，问这热量变为什么？氢的压 强及体积各变为多少？(3) 若压强不变，问这热量变为什么？氢的温度及体积各变为多少？,结束,目录,结束,目录,结束,目录,结束,目录,结束,目录,迈耶公式,比热容比 ,3.3 热容量(Heat capacity),摩尔热容量 C ， 单位：

5、J/mol K比热容 c ， 单位：J/kg K,用值和实验比较，常温下符合很好，多原子分子气体则较差，见教材p97 表3.1；,氢气,T(K),2.5,3.5,4.5,50,270,5000,CP/R,经典理论有缺陷，需量子理论。低温时，只有平动，i=3；常温时，转动被激发， i=3+2=5；高温时，振动也被激发， i=3+2+2=7。,3.4 理想气体的绝热过程(Adiabatic process of the ideal gas),绝热线与等温线比较,膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快,等温：,绝热：,7-5.理想气体作绝热膨胀，由初态(p0,V0)至末态(p,V)。试证明(1)在此过

6、程中其他所作的功为；,(2)设p0=1.0106Pa, V0=0.001 m3, p =2.0105Pa, V =0.00316m3,气体的=1.4,试计算气体作作的功。,结束,目录,结束,目录,代入，得：,结束,目录,7-6 高压容器中含有未知气体，可能是N2或Ar。在298K时取出试样，从510-3m3绝热膨胀到610-3m3，温度降到277K。试判断容器中是什么气体？,结束,目录,V1=510-3 m3,V2=610-3 m3,T2=277K,由绝热方程：,ln1.076=(-1)ln1.2,结束,目录,热机工作示意图,发电厂蒸汽动力循环示意图,3.5 循环过程(Cyclical pro

7、cess),循环过程物质系统经历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环过程。,一、循环过程,热机持续不断地将热转换为功的装置。,工质在热机中参与热功转换的媒介物质。,循环过程的特点经一个循环后系统的内能不变。,净功 A = 循环过程曲线所包围的面积,热机的效率,3.6 卡诺循环,同样可得：,技术上的循环：奥托(Otto)循环,四冲程：,7-7 设有一以理想气体为工作物质的热机循环，如图所示，试证明其效率为：,结束,目录,结束,目录,7-8 有25mo1的单原子气体，作如图所示的循环过程（ac为等温过程）。P1=4.15105Pa,V1=2.010-2m3， V2=3.

8、010-2m3。求：（1）各过程中的热量、内能改变以及所作的功；（2）循环的效率。,结束,目录,结束,目录,bc 等容过程,结束,目录,ac 等温过程,=77%,结束,目录,7-9 两部可逆机串联起来，如图所示，可逆机 1 工作于温度为T1的热源 1 与温度为T2=400K的热源 2之间。可逆机 2吸入可逆机 1 放给热源 2的热量Q2，转而放热给 T3= 300K 的热源 3。在(1)两部热机效率相等，(2)两部热机作功相等的情况下求T1。,结束,目录,=2400-300=500K,T1=2T2-T3,T1-T2 =T2-T3,结束,目录,7-10 一热机每秒从高温热源(T1=600K)吸取热量Q1=3.34104J，作功后向低温热源(T2=300K)放出热量Q2=2.09104J 。 （1）问它的效率是多少？它是不是可逆机？ （2）如果尽可能地提高了热机的效率，问每秒从高温热源吸热3.34104J，则每秒最多能作多少功？,结束,目录,=0.53.34104,=1.67104 J,结束,目录,致冷系数：,对于卡诺循环,低温热源温度越低温差越大，致冷系数越小。,致冷循环逆循环,3.7 致冷机,(冷冻室),(周围环境),家用电冰箱循环,