物理B熱力學(xué)基礎(chǔ)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)第1頁(yè)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律在等體、等壓、等溫和絕熱過(guò)程中詳細(xì)討論。循環(huán)效率計(jì)算和卡諾循環(huán)。難點(diǎn)：絕熱過(guò)程方程推導(dǎo)、等溫線和絕熱線關(guān)系相關(guān)討論。第2頁(yè)第2頁(yè)6.1 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 功 熱量熱力學(xué)第一定律第3頁(yè)第3頁(yè)一 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（抱負(fù)化過(guò)程） 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：從一個(gè)平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所通過(guò)每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)過(guò)程 .氣體活塞砂子12第4頁(yè)第4頁(yè)二 功（過(guò)程量）宏觀運(yùn)動(dòng)能量熱運(yùn)動(dòng)能量第5頁(yè)第5頁(yè)+系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增長(zhǎng)內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外界做功外界對(duì)系統(tǒng)做功第一定律符號(hào)要求 1）包括熱現(xiàn)象在內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律 . 第一類永動(dòng)機(jī)是不也許制成 . 2）試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總

2、結(jié)，自然界普遍規(guī)律 .物理意義第6頁(yè)第6頁(yè)6.2 抱負(fù)氣體等體、等壓等溫和絕熱過(guò)程第7頁(yè)第7頁(yè)計(jì)算各等值過(guò)程熱量、功和內(nèi)能理論基礎(chǔ)（1）（抱負(fù)氣體共性）（2）處理過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題（3）（抱負(fù)氣體狀態(tài)函數(shù)） （4） 各等值過(guò)程特性 .（1）（抱負(fù)氣體共性）（1）第8頁(yè)第8頁(yè) 抱負(fù)氣體內(nèi)能改變 定體摩爾熱容 定壓摩爾熱容 摩爾熱容比 抱負(fù)氣體摩爾熱容理論計(jì)算第9頁(yè)第9頁(yè)等體 等壓 等溫 絕熱過(guò)程過(guò)程特點(diǎn)過(guò)程方程熱一律內(nèi)能改變摩爾熱容第10頁(yè)第10頁(yè)VPAB*o答：（ B ） 例 一定量抱負(fù)氣體，由平衡態(tài) A B ，則無(wú)論通過(guò)什么過(guò)程，系統(tǒng)必定： A）對(duì)外作正功； B）內(nèi)能增長(zhǎng)； C）從外界吸熱；

3、 D） 向外界放熱。功和熱量都是過(guò)程量, 始末狀態(tài)確定后，不同過(guò)程，功和熱量是不同; 而內(nèi)能是狀態(tài)量只決定于始末狀態(tài), 與過(guò)程無(wú)關(guān) .第11頁(yè)第11頁(yè) 例 一定量抱負(fù)氣體從體積 膨脹到體積 分別通過(guò)下列過(guò)程，其中吸熱最多過(guò)程是什么過(guò)程？（A-B等壓過(guò)程；A-C 等溫過(guò)程；A-D 絕熱過(guò)程）解ABCD第12頁(yè)第12頁(yè)例3(習(xí)題10） 如圖所表示，一定量單原子分子抱負(fù)氣體，從A狀態(tài)出發(fā)，通過(guò)等壓過(guò)程膨脹到B態(tài)，又經(jīng)絕熱過(guò)程膨脹到C態(tài)。試求全過(guò)程中氣體對(duì)外所做功，內(nèi)能增量以及吸取熱量。第13頁(yè)第13頁(yè)6.3 循環(huán)過(guò)程 卡諾循環(huán)第14頁(yè)第14頁(yè)熱機(jī) ：連續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣C(jī)器 .工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機(jī)

4、中被利用來(lái)吸取熱量并對(duì)外做功物質(zhì) .第15頁(yè)第15頁(yè)冰箱循環(huán)示意圖第16頁(yè)第16頁(yè)熱力學(xué)第一定律凈功特性一 循環(huán)過(guò)程AB總吸熱總放熱（取絕對(duì)值）第17頁(yè)第17頁(yè)熱機(jī)二 熱機(jī)效率和致冷機(jī)致冷系數(shù)熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB第18頁(yè)第18頁(yè)致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)（逆循環(huán)）致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B第19頁(yè)第19頁(yè)P(yáng)VACBD等溫絕熱過(guò)程內(nèi)能增量E/J作功W/J吸熱Q/JAB050BC-50CD-50-150DAABCD 循環(huán)效率 例 一定量抱負(fù)氣體循環(huán)過(guò)程如 PV 圖所表示，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)表格中空格.50500-100150015025%第20頁(yè)第20頁(yè)1423 例 1 1 mol 氦氣通過(guò)如

5、圖所表示循環(huán)過(guò)程，其中 , 求12、23、34、41各過(guò)程中氣體吸取熱量和熱機(jī)效率 .解 由抱負(fù)氣體物態(tài)方程得第21頁(yè)第21頁(yè)1423第22頁(yè)第22頁(yè)例（習(xí)題15）1mol剛性雙原子分子抱負(fù)氣體做如圖所表示可逆循環(huán)過(guò)程，其中12為直線，23為絕熱線，31為等溫線。已知T2=2T1，V3=8V1，試求：（1）各過(guò)程所做功和傳遞熱量；（用T1和已知常量表示）（2）此循環(huán)效率。第23頁(yè)第23頁(yè)三 卡諾循環(huán) 低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD 卡諾循環(huán)兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程構(gòu)成第24頁(yè)第24頁(yè)WABCD 抱負(fù)氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率計(jì)算 A B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮

6、D A 絕熱壓縮卡諾循環(huán)A B 等溫膨脹吸熱第25頁(yè)第25頁(yè)A B 等溫膨脹吸熱C D 等溫壓縮放熱 D A 絕熱過(guò)程B C 絕熱過(guò)程 第26頁(yè)第26頁(yè) 卡諾熱機(jī)效率WABCD卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，只與兩個(gè)熱源溫度相關(guān)，兩熱源溫差越大，則卡諾循環(huán)效率越高 . 第27頁(yè)第27頁(yè)WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī) 卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)第28頁(yè)第28頁(yè) 圖中兩卡諾循環(huán) 嗎 ？討 論第29頁(yè)第29頁(yè)6.4 熱力學(xué)第二定律第30頁(yè)第30頁(yè)開(kāi)爾文說(shuō)法：不也許制造出這樣一個(gè)循環(huán)工作熱機(jī)，它只使單一熱源冷卻來(lái)做功，而不放出熱量給其它物體，或者說(shuō)不使外界發(fā)生任何改變 . 第二定律提

7、出1.功熱轉(zhuǎn)換條件第一定律無(wú)法闡明.2.熱傳導(dǎo)方向性、氣體自由膨脹不可逆性問(wèn)題第一定律無(wú)法闡明.熱力學(xué)第二定律兩種表述 第31頁(yè)第31頁(yè)等溫膨脹過(guò)程是從單一熱源吸熱作功，而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過(guò)程.12W W低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD卡諾循環(huán)是循環(huán)過(guò)程，但需兩個(gè)熱源，且使外界發(fā)生改變.第32頁(yè)第32頁(yè)即使卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體，但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生改變 .克勞修斯說(shuō)法：不也許把熱量從低溫物體自動(dòng)傳到高溫物體而不引起外界改變 .高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)WABCD第33頁(yè)第33頁(yè)注 意1.熱力學(xué)第二定律是大量試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié).3. 熱力學(xué)第二定律可有各種說(shuō)

8、法，每一個(gè)說(shuō)法都反應(yīng)了自然界過(guò)程進(jìn)行方向性 .2. 熱力學(xué)第二定律開(kāi)爾文說(shuō)法與克勞修斯說(shuō)法含有等效性 .第34頁(yè)第34頁(yè)準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩掠過(guò)程為可逆過(guò)程可逆過(guò)程:在系統(tǒng)狀態(tài)改變過(guò)程中,假如逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程每一狀態(tài),而不引起其它改變,這樣過(guò)程叫做可逆過(guò)程 . 可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程第35頁(yè)第35頁(yè) 非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程為不可逆過(guò)程 .不可逆過(guò)程：在不引起其它改變條件下，不能使逆過(guò)程重復(fù)正過(guò)程每一狀態(tài)，或者雖能重復(fù)但必定會(huì)引起其它改變，這樣過(guò)程叫做不可逆過(guò)程.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（無(wú)限緩慢過(guò)程），且無(wú)摩擦力、粘滯力或其它耗散力作功，無(wú)能量耗散過(guò)程 .可逆過(guò)程條件第36頁(yè)第36頁(yè)非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo)

9、熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象相關(guān)實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆 .熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)無(wú)序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)第37頁(yè)第37頁(yè)1） 在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作任意工作物質(zhì)可逆機(jī)都含有相同效率 . 卡諾定理2） 工作在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g一切不可逆機(jī)效率都不也許不小于可逆機(jī)效率 .( 不可逆機(jī) )（可逆機(jī)）以卡諾機(jī)為例，有第38頁(yè)第38頁(yè)本章內(nèi)容小結(jié)第39頁(yè)第39頁(yè)1. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程從一個(gè)平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所通過(guò)每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)過(guò)程 . 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程在平衡態(tài) p V 圖上可用一條曲線來(lái)表示2. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功計(jì)算（功是過(guò)程量）3. 熱量：熱量是高溫物體向低溫

10、物體傳遞能量. （熱量也是過(guò)程量）摩爾熱容：1mol抱負(fù)氣體溫度升高1度所吸取熱量. （與詳細(xì)過(guò)程相關(guān)）第40頁(yè)第40頁(yè)抱負(fù)氣體內(nèi)能改變與 關(guān)系5. 熱力學(xué)第一定律 系統(tǒng)從外界吸取熱量，一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增長(zhǎng)，另一部分使系統(tǒng)對(duì)外界做功.Q = E2- E1 + W 對(duì)于無(wú)限小過(guò)程 dQ = dE + dW（注意：各物理量符號(hào)要求）內(nèi)能是狀態(tài)量 E = E(T)4. 抱負(fù)氣體內(nèi)能：抱負(fù)氣體不考慮分子間互相作用，其內(nèi)能只是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量（包括分子內(nèi)原子間振動(dòng)勢(shì)能）總和，是溫度單值函數(shù).第41頁(yè)第41頁(yè)6. 循環(huán):系統(tǒng)通過(guò)一系列狀態(tài)改變后，又回到本來(lái)狀態(tài)過(guò)程叫循環(huán). 循環(huán)可用 pV 圖上一條閉合曲線表示. 熱機(jī)效率 熱機(jī): 順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行循環(huán)致冷系數(shù) 致冷機(jī): 逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行循環(huán)卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)卡諾循環(huán): 系統(tǒng)只和兩個(gè)恒溫?zé)嵩催M(jìn)行熱互換準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過(guò)程.第42頁(yè)第42頁(yè)開(kāi)爾文表述: 不也許制造出這樣一個(gè)循環(huán)工作熱機(jī)，它只使單一熱源冷卻來(lái)做功，而不放出熱量給其它物體，或者說(shuō)不使外界發(fā)生任何改變 .克勞修斯表述 不也許把熱量從低溫物體自動(dòng)傳到高溫物體而不引起外界改變 .7. 熱力學(xué)第二定律8. 可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程在系統(tǒng)狀態(tài)改變過(guò)程中，假如逆過(guò)程能重復(fù)正過(guò)程每一狀