課件第十章熱力學基礎

1、2 準靜態(tài)過程 功 熱量第十章 熱力學基礎3 熱力學第一定律4 熱力學第一定律對理想氣體等值過程的應用7 循環(huán)過程與卡諾循環(huán)6 理想氣體的絕熱過程1 熱力學第零定律5 氣體的熱容(15.6.1)不講內容：P380第13行以下，15.6.2兩個相互處于熱平衡的物體具有的共同的宏觀性質 溫度相同。熱力學第零定律：在與外界影響隔絕的條件下，如果處于確定狀態(tài)下的物體C分別與物體A、B達到熱平衡，則物體A、B也是相互熱平衡的。（1930，否勒）1 熱力學第零定律 熱力學以實驗定律為基礎研究熱現(xiàn)象的特點和規(guī)律。是熱學的宏觀理論。激光管內正發(fā)射激光的氣體宇宙大爆炸后的溫度 氫彈爆炸中心溫度當代科學實驗室產(chǎn)生

2、的最高溫度太陽表面的溫度 月球向陽面溫度 吐魯番盆地最高溫度太陽中心溫度地球中心溫度地球表面出現(xiàn)的最高溫度（利比亞）地球表面平均溫度地球表面出現(xiàn)的最低溫度（南極）水的三相點月球背陰面溫度 氧液化溫度氮液化溫度（1atm）氫液化溫度氦液化溫度微波背景輻射溫度 實驗室已獲得的最低溫度核自旋冷卻法激光冷卻法一些實際的溫度值準靜態(tài)過程2 準靜態(tài)過程 功 熱量非靜態(tài)過程：經(jīng)歷一系列非平衡態(tài)的過程。作機械功改變系統(tǒng) 狀態(tài)的焦耳實驗AV作電功改變系統(tǒng) 狀態(tài)的實驗功是做功過程中被傳遞的能量。1、功的計算功 宏觀運動分子熱運動功dl面積S2、功的圖示熱量分子熱運動分子熱運動熱量傳熱有三種基本方式：導熱、對流、熱

3、輻射。 熱功當量 ：1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡3 熱力學第一定律1、數(shù)學表達式2、符號法則熱力學第一定律 系統(tǒng)從外界吸收的熱量,一部分使系統(tǒng)的內能增加, 另一部分使系統(tǒng)對外界做功 .熱力學第一定律表明，第一類永動機是不能制造成的。 熱力學第一定律適用于一切初末態(tài)是平衡態(tài)的熱力學過程。 4 熱力學第一定律對理想氣體等值過程的應用 計算各等值過程的熱量、功和內能的理論基礎（1）（理想氣體的共性）（2）解決過程中能量轉換的問題（3） （理想氣體的狀態(tài)函數(shù)） （4） 各等值過程的特性 .等值過程TT1212等溫膨脹A12A等溫壓縮 A AVV 等體升壓 12 等體降壓 12P

4、P1212A等 壓 膨 脹12A等 壓 壓 縮 A A注意：5 氣體的熱容一、熱容熱容二、理想氣體等值過程的摩爾熱容 1、 等溫過程 2、等體過程 摩爾定容熱容 3、等壓過程 摩爾定壓熱容 適用于一切過程摩爾熱容比 三、氣體熱容的量子特征 圖 1510 氫氣分子的摩爾定容熱容隨溫度的變化曲線氫氣分子低溫時有平動，常溫時有平動和轉動，高溫時有平動、轉動和振動。解（1）先求各個狀態(tài)的狀態(tài)參量 o2(2) 氮氣經(jīng)歷過程 o2（d）全過程o2 即：功和熱都與具體的過程有關，而熱力學能的增量與所經(jīng)歷的過程無關，只由始末狀態(tài)決定。 注意：計算功或熱或內能增量有兩種方法，專屬公式和熱力學第一定律。o2(3)

5、 氮氣經(jīng)歷過程 6 理想氣體的絕熱過程絕熱過程12A絕 熱 膨 脹12A絕 熱 壓 縮 A AABC常量即絕熱線在等溫線的下方；若從A點壓縮，則在上方。 例 氮氣液化， 把氮氣放在一個絕熱的汽缸中.開始時,氮氣的壓強為50個標準大氣壓、溫度為300K; 經(jīng)急速膨脹后,其壓強降至 1個標準大氣壓,從而使氮氣液化 . 試問此時氮的溫度為多少 ? 解 氮氣可視為理想氣體, 其液化過程為絕熱過程.【例155】 解法一 解法二 例：一定量雙原子分子理想氣體，從狀態(tài)a 沿如圖所示的直線變化到狀態(tài)b ，求：（1）氣體的熱力學能增量、做的功和吸收的熱；（2）此過程的摩爾熱容。解：該過程既是等溫過程,又是絕熱過

6、程,但不是準靜態(tài)過程。7 循環(huán)過程與卡諾循環(huán)分過程：循環(huán)所經(jīng)歷的每個過程。工 質：參與循環(huán)的物質系統(tǒng)。循環(huán)過程二、熱機與熱機效率熱機：不斷地把熱轉換為功的裝置。熱機高溫熱源低溫熱源AC采用正循環(huán)熱機循環(huán)示意圖AC制冷機：利用外界的功不斷地把熱量從低溫處傳到高溫處，從而獲得低溫的裝置。采用逆循環(huán)。致冷機高溫熱源低溫熱源冰箱循環(huán)示意圖卡諾循環(huán)ABCD（理想循環(huán),1824年）（3）各種熱機（內燃機和外燃機）的效率液體燃料火箭柴油機汽油機蒸汽機（2）熱機發(fā)展簡介 1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機 ，當時蒸汽機的效率極低 . 1765年瓦特進行了重大改進 ，大大提高了效率 . 人們一直

7、在為提高熱機的效率而努力?？ㄖZ從理論上研究熱機效率問題， 一方面指明了提高效率的方向， 另一方面也推動了熱學理論的發(fā)展 . 與工質無關，實際卡諾熱機效率低于這個理論值。ABCD 冰箱冰箱外冰箱內 空調室外室內 熱泵室內室外幾種常見制冷機的能流圖五 奧托循環(huán)和斯特林循環(huán)1、奧托循環(huán)0Vp134SS213420VpT1T22、斯特林循環(huán)（1）（2）（3）（4）(1)(2) 等溫壓縮過程 ()()等體加熱過程 ()()等溫膨脹過程 ()()等體冷卻過程 斯特林熱機工作過程動力活塞（圖中黑色部分） 微孔儲熱換氣活塞（綠色）上端：低溫熱源（冷端） 下端：高溫熱源（熱端）13420VpT1T2 圖中兩卡諾

8、循環(huán) 嗎 ？討 論例題例：一定量理想氣體，如圖所示， ac為絕熱線。討論a經(jīng)b到c的過程中和a經(jīng)d到c的過程中，A、Q、 的正負。解：練習 右圖為一理想氣體幾種狀態(tài)變化過程的pV圖，其中MT為等溫線，MQ為絕熱線，在AM、BM、CM三種準靜態(tài)過程中： (1) 溫度降低的是_過程； (2) 氣體吸熱的是_過程解：（1）AM（2）CM【例158】卡諾制冷機使50千克 的水變成 的冰，問需要做多少功？制冷機向周圍環(huán)境放出了多少熱量？如果從 的冰中取走等量的熱，需要做多少功？（設周圍環(huán)境的溫度為 ，冰的熔解熱為 ）解1.00kg0度的水變成0度的冰需取出熱量外界對制冷機作功制冷機對外界放出熱量如果冰的

9、溫度取走等量的熱 所需的功 例：一卡諾機從400K的高溫熱源吸熱，向300K的低溫熱源放熱，若該熱機從高溫熱源吸收1000J熱量，則該熱機所做的功 ；向低溫熱源放出熱量 。解：1423 例 1 mol 氦氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程，其中 , , 求12、23、34、41各過程中氣體吸收的熱量和熱機的效率 .解 由理想氣體物態(tài)方程得1423熱力學小結熱力學第一定律小結理想氣體四種平衡過程的比較 過程例：如圖所示，絕熱過程AB、CD，等溫過程DEA， 和任意過程BEC，組成一循環(huán)過程若圖中ECD所包圍的面積為70 J，EAB所包圍的面積為30 J，DEA過程中系統(tǒng)放熱100 J，則（1）整個循環(huán)過程(ABCDA)系統(tǒng)對外作功為_;(2)