理想氣體的過程

1、個人采集整理僅供參照學習教案合用對象同意人課程大學物理課題第十四講理想氣體的過程名稱名稱課業(yè)解說課業(yè)教室課業(yè)2學時方式地點時數(shù)教課利用熱力學第必定律對理想氣體各過程進行解析和計算。目的步驟內(nèi)容時間（分）課業(yè)一、理想氣體的等體過程和等壓過程摩爾熱容1、等體過程定體摩爾熱容2、等壓過程定體摩爾熱容3、比熱容二、理想氣體的等溫過程和絕熱過程實施1、等溫過程2、絕熱過程3、絕熱線和等溫線三、循環(huán)過程卡諾循環(huán)1、循環(huán)過程、2、熱機和致冷機3、卡諾循環(huán)方法手段備考基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供參照學習（附講稿：頁）教研室教員年代日課目：第十四講理想氣體的過程目的：利用熱力學第必定律對理想氣體各過程進行解

2、析和計算。要點：一、理想氣體的等體過程和等壓過程摩爾熱容1、等體過程定體摩爾熱容2、等壓過程定體摩爾熱容3、比熱容二、理想氣體的等溫過程和絕熱過程、等溫過程、絕熱過程、絕熱線和等溫線三、循環(huán)過程卡諾循環(huán)、循環(huán)過程、熱機和致冷機、卡諾循環(huán)基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供參照學習難點：利用熱力學第必定律對理想氣體各過程進行解析和計算。解析循環(huán)過程的能量變換，計算效率和制冷系數(shù)。主要方法：解說談論練習基本要求：理解理想氣體微觀模型和有關(guān)統(tǒng)計假設(shè)。會推倒理想氣體的壓強公式。理解壓強和溫度的統(tǒng)計意義。理解熱力學第必定律的意義，并能用于理想氣體各過程的解析和計算。理解熱循環(huán)和制冷循環(huán)的能量變換特色，會計算

3、效率和制冷系數(shù)。掌握熱力學第必定律對理想氣體等值過程的應用。教課內(nèi)容：7.1熱力學第必定律作功熱力學系統(tǒng)體積發(fā)生變化時對外界所作的功能量傳達的一種方式。功的計算式：dWPSdxPdV結(jié)論：體積功與路徑有關(guān)，是一過程量，其值等于P(v)曲線與V軸包圍的面積傳熱圖7-1氣體膨脹時所作的功圖7-2氣體膨脹作功是經(jīng)過分子間的互相作用來完成的；是系統(tǒng)外分子無規(guī)則運動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運動的變換。是熱運動能量的傳達過程。功與熱量關(guān)系：實質(zhì)不一樣，但在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等效的熱力學第必定律系統(tǒng)從外界汲取的熱量在數(shù)目上等于該過中系統(tǒng)內(nèi)能的增量及對外界作功的總和。Q(E2E1)W基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供

4、參照學習dQdEdW內(nèi)能E是狀態(tài)量，只與始、末態(tài)有關(guān)，Q、A是過程量；熱力學第必定律指出第一類永動機是不行能實現(xiàn)的。7.2熱力學第必定律對理想氣體等值過程的應用等體過程：必定量氣體體積保持不變的過程1.過程曲線及特色：體積不變，W=0方程：dW0dQVdE3.等體摩爾熱容：一摩爾氣體在體積不變時，溫度改變1K時所汲取或放出的熱量。P2dQVdEiP2CVdTRdT2P11即：理想氣體的摩爾等體熱容是一個只與分子自由度有關(guān)的量。VVM圖7-3等體過程p-V曲線T1)ECV(T2適應于全部過程等壓過程：P為常量1.1.過程曲線方程QPEP(V2V1)3.定壓摩爾熱容：一摩爾氣體在壓力不變時，P溫度

5、改變1K時所汲取或放出的熱量。12PdQdEPdVdEPdVCPdTdTdTdT又PVRT,PdVVdPRdT0V1V2VCPCVi2圖7-4等壓過程p-V曲線RR邁耶公式2注意：一摩爾氣體溫度改變1K時，在等壓過程中比在等體過程中多汲取8.31J的熱量用來對外作功。CPi2CVi叫做比熱容比表7-1分子熱容及比熱容比列表CVCP比熱容比單原子分子351.67雙原子分子571.4剛性多原子分子681.34.三個物理量計算式基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供參照學習QPMCP(T2T1)WP(V2V1)MECV(T2T1)等溫過程必定量氣體溫度保持不變的過程過程曲線及特色溫度不變，即內(nèi)能不變。2.

6、方程P1P1QTEWW三個物理量表示式P22E00V1V2VWQMRTlnP1MRTlnV2P2V1圖7-5等溫過程p-V曲線7.3絕熱過程、多方過程絕熱過程系統(tǒng)與外界沒有熱交換的過程過程曲線絕熱方程PVPV1122絕熱指數(shù)：CP(i21)Ri2CVi2Ri三個物理量計算式Q0WEMiR(T2T1)2絕熱線和等溫線由PVC和PVCdPPa絕熱dVVadPPa等溫dVVaP1P12P20得V1V2V圖7-6絕熱過程p-V曲線基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供參照學習絕熱線斜率的絕對值比等溫線的大，即絕熱線要陡一些。如圖7-7所示。物理原由：在等溫膨脹中，壓力降低的要素只有一個，即體積增大使n減?。?/p>

7、P=nkT）；在絕熱過程中，壓力降低的要素有兩個，即體積增大使n減小，而溫度也降低。故對同樣的體積變化，絕熱過程的壓力變化大于等溫過程的壓力變化。多方過程氣體的好多過程，即不是等值過程，也不是絕熱過程，其壓力和體積的關(guān)系滿足以下關(guān)系：nPVC此中：n稱為多方指數(shù)，這種過程稱為多方過程。作功V2V2P1V1nP1V1P2V2AV1PdVV1ndV1Vn對一摩爾氣體dQdEPdVdECVdT利用多方方程和狀態(tài)方程dAPdVRdT(n1)故dQCVdTRdT(n1)定義Cm=dQ/dT為多方過程的摩爾熱容，則P0V圖7-7等溫線與絕熱線RnCmCVRn1(n1)(1)為一常數(shù)談論n=0，Cm=Cp，

8、等壓過程；n=1，Cm=，等溫過程；n=，Cm=0，絕熱過程；n=，Cm=CV，等體過程。7.4焦耳湯姆遜實驗、真實氣體的內(nèi)能氣體在絕熱條件下，從大壓強空間經(jīng)多孔塞緩慢遷徙到小壓強空間的過程稱為節(jié)流過程或焦耳-湯姆遜過程。對真實氣體，節(jié)流膨脹后溫度發(fā)生變化。正焦耳-湯姆遜效應：節(jié)流膨脹后溫度降低；負焦耳-湯姆遜效應：節(jié)流膨脹后溫度高升。對理想氣體經(jīng)歷節(jié)流過程：基礎(chǔ)部教研室圖7-8焦耳湯姆遜實驗表示圖第頁個人采集整理僅供參照學習APVPVE1122ECV(T2T1)P1V1P2V2(CVR)(T2T1)0,T2T1說明理想氣體經(jīng)歷節(jié)流過程后溫度不變；真實氣體經(jīng)歷節(jié)流過程后溫度變化說明分子間存在互

9、相作用的勢能。實驗的應用：干冰的制作。使高壓二氧化碳從閥口的小孔發(fā)射出來，從而使溫度降低，制成干冰。7.5循環(huán)過程、卡諾循環(huán)循環(huán)過程：系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化過程此后，又回到本來狀態(tài)的過程。循環(huán)特色：系統(tǒng)經(jīng)歷一個循環(huán)以后,內(nèi)能不改變。正循環(huán)(W0)：熱機循環(huán)。利用工作物質(zhì)連續(xù)不停地把熱變換為功。循環(huán)效率：Q21Q1Q1鍋爐循環(huán)汽發(fā)電機高溫熱庫T1PBQ1C渦輪機渦輪機Q1反給工質(zhì)W應冷水水器W泵冷凝器AQ2（Q2D鍋熱水循環(huán)水0爐低溫熱庫T2冷凝器V）泵圖7-9熱機p-V曲線圖7-10熱機的循環(huán)過程圖7-11熱機的工作表示圖熱機（火力發(fā)電）原理圖：逆循環(huán)：逆循環(huán)(W0)：制冷循環(huán)。利用工作物質(zhì)來獲取低溫。致冷系數(shù)：eQ2Q2Q1Q2制冷機（冰箱）工作原理圖：Q1高溫熱庫T1PA冷凝器高壓高溫Q1DW儲常液壓壓縮機工質(zhì)汽液常W汽液共存罐溫BQ2C低溫室（蒸發(fā)器）低壓低溫低溫熱庫T20VQ2液體汽體圖7-12制冷機p-V曲線圖7-13制冷機的循環(huán)過程圖7-14制冷機的工作表示圖卡諾循環(huán)：基礎(chǔ)部教研室第頁個人采集整理僅供參照學習由兩個可逆等溫過程和兩個可逆絕熱過程構(gòu)成的循環(huán)?？ㄖZ熱機效率：1T2T1高溫熱庫T1卡諾致冷系數(shù)：Q1PekT2T1T2談論：卡諾循環(huán)一定有高平