大学物理热力学第一定律及应用.ppt

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1、大学物理多媒体电子教案,主讲教师 杨 鑫,辽宁工大基础教学部物理教研室,开尔文,克劳修斯,热力学基础,第8章,卡诺,8.1 热力学第一定律及应用,教学基本内容,二、等体过程,一、热力学第一定律,三、等压过程,四、等温过程,五、绝热过程,演示:准静态等温过程,1.准静态过程,中间的状态为非平衡态,非静态过程,准静态过程,准静态过程在P-V图上是一条曲线,中间的状态为平衡态,热力学过程,系统从一个平衡态,平衡过程,所经历的变化历程,过渡到另一平衡态,一、热力学第一定律,实际的热力学过程都是非静态过程,准静态过程,非静态过程,驰豫时间,系统从非平衡态过渡到平衡态 所用的时间,准静态过程是无限缓慢过程

2、的极限,演示：气缸快速与缓慢膨胀,2.热功等效性,(1)改变系统状态的两种方式,(2)热功当量,作 功,传递热量,搅拌,(3)作功与传递热量的本 质区别,作功是外界有序运动的能量与系统内分子无序热运动能量之间的转换,传递热量是外界分子无序运动的能量与系统内分子无序热运动能量之间的传递,演示：热功等效,3.热力学第一定律,(1)表达式,系统放热,系统吸热,内能增加,内能减少,系统对外界作功,外界对系统作功,(2)正负规定,违背了热力学第 一定律,(3)第一类永动机,既不需要消耗系统内能,(4)适用范围,不能制成,原 因,演示：永动机1,液体、气体、固体,准静态、非静态过程,也不需要外界供给能量,

3、却能够不断地对外作功,机器,热力学系统,热力学过程,演示：永动机2,演示：永动机3,(1)功,气体所作的功,功是过程量,演示：功,4.功、内能和热量的计算,在P-V图上,等于,曲线下的面积,(2)内能,(3)热量,内能是状态量,热量是过程量,适用于始、末态为平衡态的一切过程,内能改变量,4.定性讨论,二、等体过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特征图,等体加热,等体冷却,V=恒量,演示:等体过程,5.作 功,6.内能增量,7.热 量,(8)定 体 摩尔热容,1mol气 体,热容,摩尔热容,体积不变,温 度 改 变 1K,系统所吸收或放出的热量,三、等压过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特

4、征图,P=恒量,演示:等压过程,4.定性讨论,等压膨胀,等压压缩,6.作功,5.内能增 量,7.热量,8.定压摩尔热容,1mol,微分,1mol气体,压强不变,温度改变1K,系统所吸收或 放出的热量,比热容比,1mol理想气体,等体过程,一增加同样多的内能,原 因,温度升高1K,吸收的热量,气体吸收的热量,全部用来增加内能,等压过程,气体吸收的热量,二用来对外作功,等压过程比等体过程,8.31 J,多,演示:等温过程,四、等温过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特征图,T=恒量,4.定性讨论,等温膨胀,等温压缩,6.作功,5.内能增量,7.热量,返37,五、绝热过程,1.过程特征,2.过程方

5、程,3.特征图,返38,4.定性讨论,绝热膨胀,绝热压缩,7.作 功,6.内能增量,5.热 量,8.过程方程的推导,(2),(1),微分,两边乘CV,(1)代入(2),两边同除以CVPV,两边积分,返32,等温膨胀,绝热膨胀,返33,T不变,9.绝热线比等温线陡,绝热,等温,PQ比PT下降得快,等温线斜率,绝热线斜率,绝热线比等温线陡,例题7.11,演示:准静态等温过程,1.准静态过程,中间的状态为非平衡态,非静态过程,准静态过程,准静态过程在P-V图上是一条曲线,中间的状态为平衡态,热力学过程,系统从一个平衡态,平衡过程,所经历的变化历程,过渡到另一平衡态,一、热力学第一定律,准静态过程是无

6、限缓慢的过程,内容小结,2.热力学第一定律内容,(1)表达式,放热,吸热,内能增加,内能减少,系统对外界作功,外界对系统作功,(2)正负规定,违背热力学第一定律,(3)第一类永动机,既不需要消耗系统内能,不能制成,原 因,也不需要外界供给能量,却能够不断地对外作功,机器,(1)功,3.功、内能和热量的计算,(2)内能,(3)热量,气体所作的功,在P-V图上,等于,曲线下的面积,4.定性讨论,二、等体过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特征图,等体加热,等体冷却,V=恒量,5.作 功,6.内能增量,7.热 量,8.定体摩尔热容,三、等压过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特征图,P=恒量,4.定性讨论,等压膨胀,等压压缩,6.作功,5.内能增量,7.热量,8.定压摩尔热容,比热容比,1mol理想气体,等体过程,一增加同样多的内能,原 因,温度升高1K,吸收的热量,气体吸收的热量,全部用来增加内能,等压过程,气体吸收的热量,二用来对外作功,等压过程比等体过程,8.31 J,多,四、等温过程,1.过程特征,2.过程方程,3.特征图,T=恒量,4.定性讨论,等温膨胀,等温压缩,6.作功,5.内能增量,7.热量,五、绝热过程,1.过程特征,2.过程方程,绝热线比等温线陡,3.特征图,4.定性讨论,绝热膨胀,绝热压缩,7.作 功,6.内能增量,5.热 量,