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第十二章系统第1页，此课件共64页哦本章主要内容本章主要内容12-112-1 准静态过程，功，热量准静态过程，功，热量12-212-2 内能，热力学第一定律内能，热力学第一定律12-312-3 理想气体的等体过程和等压过理想气体的等体过程和等压过 程，摩尔热熔程，摩尔热熔12-412-4 理想气体的等温过程和绝热过程理想气体的等温过程和绝热过程12-512-5 循环过程，卡诺循环循环过程，卡诺循环第2页，此课件共64页哦12-112-1 准静态过程准静态过程,功，热量功，热量第3页，此课件共64页哦一一 准静态过程准静态过程（理想化的过程）（理想化的过程）从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程间状态均可近似当作平衡态的过程.气体气体活塞活塞砂子砂子12第4页，此课件共64页哦二二 功（过程量）功（过程量）功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化状态的变化.准静态过程功的计算准静态过程功的计算注意：注意：作功与过程有关作功与过程有关.宏观运动能量宏观运动能量热运动能量热运动能量第5页，此课件共64页哦三三 热热 量（过程量）量（过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动宏观运动分子热运动分子热运动功功分子热运动分子热运动分子热运动分子热运动热量热量3）功与热量的物理本质不同）功与热量的物理本质不同.1卡卡=4.18 J ，1 J=0.24 卡卡功与热量的异同功与热量的异同第6页，此课件共64页哦12-212-2 内能，热力学第一定律内能，热力学第一定律第7页，此课件共64页哦作机械功改变系统作机械功改变系统 状态的焦耳实验状态的焦耳实验AV作电功改变系统作电功改变系统 状态的实验状态的实验第8页，此课件共64页哦 实验证明系统从状态实验证明系统从状态A 变化到状态变化到状态B，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变不变.一一 内能内能（状态量）（状态量）第9页，此课件共64页哦2AB1*2AB1*第10页，此课件共64页哦 理想气体内能理想气体内能:表征系统状态的单值函数表征系统状态的单值函数，理想气体的，理想气体的内能仅是温度的函数内能仅是温度的函数.第11页，此课件共64页哦 系统内能的增量只与系统的初态和末态有系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关关，与系统所经历的过程无关.2AB1*2AB1*第12页，此课件共64页哦二二 热力学第一定律热力学第一定律 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一一部分使系统的内能增加部分使系统的内能增加,另一部分另一部分使系统对外界做功使系统对外界做功.准静态过程准静态过程微小过程微小过程12*第13页，此课件共64页哦 1）能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律.第一类永动机是不可能第一类永动机是不可能制成的制成的.2）实验经验总结，自然界的普遍规律实验经验总结，自然界的普遍规律.+系统吸热系统吸热系统放热系统放热内能增加内能增加内能减少内能减少系统对外界做功系统对外界做功外界对系统做功外界对系统做功第一定律的符号规定第一定律的符号规定物理意义物理意义第14页，此课件共64页哦凡例 的过程中，系统内能的变化及对外作的功。从b态 回到a态 系统从平衡态a 平衡态b,吸收热量500J，对外作功400J；然后从b态 回到a态，向外放出热量300J。过程500400100(J)过程100(J)300100200(J)外界向系统作功外界向系统作功第15页，此课件共64页哦13-313-3 理想气体的等体过程和等压过程，理想气体的等体过程和等压过程，摩尔热熔摩尔热熔第16页，此课件共64页哦 计算各等值过程的热量、功和内能的理论计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础基础.（1）（理想气体的（理想气体的共性共性）（2）解决过程中能解决过程中能量转换的问题量转换的问题（3）（理想气体的状态函数）（理想气体的状态函数）（4）各等值过程的特性各等值过程的特性.第17页，此课件共64页哦一一 等体过程等体过程 摩尔摩尔定体热容定体热容由热力学第一定律由热力学第一定律特性特性 常量常量过程方程过程方程 常量常量第18页，此课件共64页哦单位单位 摩尔摩尔定体热容定体热容:理想气体在等体过程理想气体在等体过程中吸收热量中吸收热量 ，使温度升高，使温度升高 ，其，其摩尔摩尔定体定体热容为热容为:理想气体理想气体由热力学第一定律由热力学第一定律第19页，此课件共64页哦 等等体体升升压压 12 等等体体降降压压 12第20页，此课件共64页哦12二二 等压过程等压过程 摩尔摩尔定压热容定压热容过程方程过程方程 常量常量由热力学第一定律由热力学第一定律特性特性 常量常量 功功W第21页，此课件共64页哦 摩尔摩尔定压热容定压热容:理想气体在等压过程理想气体在等压过程中吸收热量中吸收热量 ，温度升高，温度升高 ，其摩尔，其摩尔定压定压热热容为：容为：第22页，此课件共64页哦 可得摩尔可得摩尔定压定压热容和摩尔热容和摩尔定体定体热容的关系热容的关系 摩尔热容比摩尔热容比 三个量：三个量：适用于任何过程第23页，此课件共64页哦12W等等 压压 膨膨 胀胀 W W12W等等 压压 压压 缩缩第24页，此课件共64页哦四四 比热容比热容热容热容比热容比热容第25页，此课件共64页哦13-413-4 理想气体的等温过程理想气体的等温过程和绝热过程和绝热过程第26页，此课件共64页哦等温过程等温过程第27页，此课件共64页哦12等温等温膨胀膨胀W12W等温等温压缩压缩 W W第28页，此课件共64页哦12二二 绝热过程绝热过程与外界无热量交换的过程与外界无热量交换的过程特征特征由热力学由热力学第一定律第一定律绝热的汽缸壁和活塞绝热的汽缸壁和活塞第29页，此课件共64页哦由热力学第一定律有由热力学第一定律有12W第30页，此课件共64页哦若已知若已知 及及由由 可得可得第31页，此课件共64页哦 绝热过程方程的推导绝热过程方程的推导12第32页，此课件共64页哦分离变量得分离变量得绝绝 热热 方方 程程常量常量常量常量常量常量常量常量第33页，此课件共64页哦12W绝热绝热膨胀膨胀12W绝热绝热压缩压缩 W W第34页，此课件共64页哦三三 绝热线和等温线绝热线和等温线绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率常量常量第35页，此课件共64页哦 绝热线的斜率大于等温线的斜率绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温等温过程曲线的斜率过程曲线的斜率常量常量ABC常量常量第36页，此课件共64页哦 例例1 1 设有摩尔数为设有摩尔数为 n 的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为 CV 和和 Cp(g=CV/Cp)，其初态和终态的状态参量用，其初态和终态的状态参量用(p1,V1,T1)和和(p1,V1,T1)表示。表示。试完成下列表试完成下列表格（所有过程均为准静态）：格（所有过程均为准静态）：过程方程过程方程等体等体过程过程等压等压等温等温绝热绝热第37页，此课件共64页哦 例例2 设有设有 5 mol 的氢气，最初温度的氢气，最初温度 ，压强压强 ，求下列过程中把氢气压缩，求下列过程中把氢气压缩为原体积的为原体积的 1/10 需作的功需作的功:（1）等温过程等温过程（2）绝热过程绝热过程（3）经这两过程后，气体的经这两过程后，气体的压强各为多少？压强各为多少？12常量常量第38页，此课件共64页哦 解解 （1）等温过程等温过程（2）氢气为双原子气体氢气为双原子气体由表查得由表查得 ，有，有 已知：已知：12常量常量第39页，此课件共64页哦（3）对等温过程对等温过程对绝热过程，对绝热过程，有有12常量常量第40页，此课件共64页哦 例例3 氮气液化，氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时开始时,氮气的压强为氮气的压强为5050个标准大气压、温度为个标准大气压、温度为300K300K；经急速膨；经急速膨胀后，其压强降至胀后，其压强降至 1 1个标准大气压，从而使氮气液化个标准大气压，从而使氮气液化.试问此时氮的温度为多少？试问此时氮的温度为多少？氮气为双原子气体由表查得氮气为双原子气体由表查得 解解 氮气可视为理想气体，氮气可视为理想气体，其液化过程为其液化过程为绝热过程绝热过程.第41页，此课件共64页哦12-512-5 循环过程，卡诺循环循环过程，卡诺循环第42页，此课件共64页哦 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸气机蒸气机，当时，当时蒸气机的效率极低蒸气机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进年瓦特进行了重大改进，大大提高，大大提高了效率了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推另一方面也推动了热学理论的发展动了热学理论的发展.各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸气机蒸气机第43页，此课件共64页哦 热力学理论最初是在研究热机工作过程的基热力学理论最初是在研究热机工作过程的基础上发展起来的。所谓础上发展起来的。所谓热机热机（EngineEngine）就是把热）就是把热量转化为有用的功的装置。热机中必须有量转化为有用的功的装置。热机中必须有工作物工作物质质（即热力学系统）靠工作物质从热源吸收热（即热力学系统）靠工作物质从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对外做功。量，再利用系统的体积膨胀对外做功。蒸汽机蒸汽机的水蒸气、内燃机的雾化的燃油和助燃气体混的水蒸气、内燃机的雾化的燃油和助燃气体混合物等。合物等。第44页，此课件共64页哦热机热机:持续地将热量转变为功的机器持续地将热量转变为功的机器.第45页，此课件共64页哦冰箱循环示意图冰箱循环示意图第46页，此课件共64页哦 系统经过一系列变化状态过程后，又回到系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程原来的状态的过程叫热力学循环过程.由热力学第一定律由热力学第一定律特征特征一一 循环过程循环过程AB第47页，此课件共64页哦净功净功总吸热总吸热二二 热机效率和致冷机的致冷系数热机效率和致冷机的致冷系数热机（热机（正正循环）循环）致冷机（致冷机（逆逆循环）循环）净吸热净吸热总放热总放热（取绝对值）取绝对值）2Q第48页，此课件共64页哦热机热机热机效率热机效率高温热源高温热源低温热源低温热源AB第49页，此课件共64页哦致冷机致冷系数致冷机致冷系数致冷致冷机机高温热源高温热源AB低温热源低温热源第50页，此课件共64页哦 例例 1 汽油机可近似看成如图循环过程汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环循环)，其中，其中AB和和CD为绝热过程，求此为绝热过程，求此循环效率循环效率.解解吸放CDBApV1V2o第51页，此课件共64页哦又又AB和和C CD是绝热过程：是绝热过程：所以所以V吸放CDBApV1V2o第52页，此课件共64页哦三三 卡诺循环卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在作在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环 卡诺卡诺循环循环.给给出了热机效率的理论极限值出了热机效率的理论极限值；他还提出了著名他还提出了著名的卡诺定理的卡诺定理.第53页，此课件共64页哦 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和两个过程和两个准静态准静态绝热绝热过程组成过程组成.卡诺热机卡诺热机WABCD低温热源低温热源T2高温热源高温热源T121TT 第54页，此课件共64页哦 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环WABCD第55页，此课件共64页哦A B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热C D 等温压缩放热等温压缩放热WABCD第56页，此课件共64页哦 D A 绝热过程绝热过程B C 绝热过程绝热过程 所以所以WABCD第57页，此课件共64页哦 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工作卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效差越大，则卡诺循环的效率越高率越高.第58页，此课件共64页哦WABCD高温热源高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机卡诺致冷机致冷致冷系数系数低温热源低温热源T2第59页，此课件共64页哦 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗？讨讨 论论第60页，此课件共64页哦 例例2 一电冰箱放在室温为一电冰箱放在室温为 的房的房 间里间里，冰箱储藏柜中的温度维持在，冰箱储藏柜中的温度维持在 .现每天有现每天有 的热量自房间传入冰箱的热量自房间传入冰箱 内内,若要维持冰箱内若要维持冰箱内温度不变温度不变,外界每天外界每天 需作多少功需作多少功,其功率为其功率为多少？设在多少？设在 至至 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的机致冷系数的 55%.解解第61页，此课件共64页哦房间传入冰箱的热量房间传入冰箱的热量 热平衡时热平衡时由由 得得第62页，此课件共64页哦保持冰箱在保持冰箱在 至至 之间运转，每天之间运转，每天需作功需作功 功率功率第63页，此课件共64页哦本章结束本章结束The End of This Chapter第64页，此课件共64页哦