第15章--热力学基础.pptx

PV0ABCabc二）、热量传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动 能量而改变物体内能的过程。条件：系统与外界的温度不同。驰豫时间：一个系统如果最初处于非平衡态，经过一段 时间过渡到了一平衡态，该过渡时间称驰豫时间。P-V图点:平衡态线:过程第1页/共47页三）、功（体积功）实验一作功增加物体内能AAAQ实验二传递热量也可增加物体内能单位：J 1cal=4.1855J热量（Q）：传热过程中所传递的能量。第2页/共47页PV0ABCabc元功：PSdl第3页/共47页（二）热力学第一定律 QA无限小过程：有限过程：其中：热力学第一定律第4页/共47页热力学第一定律符号规律:符号 +-A 系统对外界作功 外界对系统作功Q 系统从外界吸热 系统向外界放热 系统内能增加 系统内能减少第一类永动机:对外界作功却又不需要外界供给能量，而且系统内能也不发生变化的机器。热力学第一定律“第一类永动机是不可能造成的”第5页/共47页（三）气体的摩尔热容量 摩尔热容量：1mol物质，当温度升高1K时所吸取的热量c是同一物质的比热一）、气体的定容摩尔热容量与温度无关第6页/共47页二）、气体的定压摩尔热容量与温度无关第7页/共47页可见迈耶公式比热比：第8页/共47页刚性单原子刚性双原子刚性多原子总结：无论等容过程、等压过程还是任意其他过程：第9页/共47页例1：20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图，（1）沿1m2路径；（2）沿12直线。试分别求出这两过程中的A与Q及氧气内能的变化氧气分子当成刚性分子理想气体看待。0105052012m第10页/共47页解(1)1m2过程：对于1m过程，由于体积不变（等容过程），所以第11页/共47页对于m2过程：第12页/共47页第13页/共47页对于整个1m2过程：第14页/共47页(2)12过程：功可由直线下面积求出：第15页/共47页由热力学第一定律得：第16页/共47页（四）热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 一）、等温过程恒温体A1、等温过程的实现：则内能不变第17页/共47页代入上式2、等温过程的热量：第18页/共47页3、理想气体等温过程作功图示：VPP1V1V2P2TAIII等温线是等轴双曲线的一支曲线下的面积表示理想气体从初始状态I等温膨胀到末态II所作的功：第19页/共47页二）、等容过程1、等容过程的实现：2、求对等容过程：VPIIIP1P2V3、等容过程的P-V图：特征:第20页/共47页三）、等压过程1、等压过程的实现：A内能的改变量：对外作功：2、求特征:第21页/共47页3、等压过程的P-V图：VPV1V2PIIIA第22页/共47页（五）绝热过程 一）、绝热过程1、定义：当系统的状态发生变化时，系统和外界不发生 热传递的过程。2、特征：二）、求绝热过程中的功A由热力学第一定律可知：对于有限变化：A绝热壁第23页/共47页三）、绝热方程（1）（2）（3）其中：均为常数由（2）式可得：所以：I绝热膨胀：II绝热压缩：第24页/共47页四）、绝热过程的P-V图1、P-V图：VPIIIA0将绝热方程代入可得：第25页/共47页2、绝热过程与等温过程的比较：（1）绝热过程方程：等温过程方程：（2）P-V图的比较：气体压缩或膨胀时气体压强变化不同VPABCA点相交比较在A点斜率：可见绝热线比等温线陡第26页/共47页例2：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系列状态变化过程，其中ab为等压过程，bc为等容过程，cd为等温过程，已知 求各分过程的 各为多少？210124abcdV(L)第27页/共47页解：ab等压过程：bc等容过程：210124abcdV(L)第28页/共47页cd等温过程:210124abcdV(L)第29页/共47页例3：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半，求变化前后：（1）气体分子平均速率之比？（2）气体内能之比？解：根据绝热方程：(1）平均速率：氦是单原子分子，第30页/共47页(2)气体内能：第31页/共47页例4：有3mol温度为 的理想气体，先使其体积等温膨胀到原来的5倍，然后等容加热，末态时它的压强刚好等于初始压强，整个过程传给气体的热量为 。试画出此过程的P-V图，并求这种气体的比热比 的值。0Vp解：设初态参量为 末态参量为由得第32页/共47页等温过程：等容过程：0Vp第33页/共47页即0Vp第34页/共47页（六）循环过程 卡诺循环 一）、循环过程循环过程：物质系统经历一系列变化过程又回到初始 状态的过程。基本特征：1、定义2、P-V图PV0abcd正循环：沿顺时针方向进行的循环 过程（如：abcda过程）。逆循环：沿逆时针方向进行的循环 过程（如：adcba过程）。第35页/共47页3、热机及其效率热机：利用工作物质连续不断地把热量转化为功的装置 （如：蒸汽机）。PV0abcd正循环：系统对外作净功。如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程;则过热蒸汽温度可达540度,压强可达20MPa(电厂机组容量300Mwh)第36页/共47页4、致冷机及其致冷系数PV0abcd逆循环：外界对系统作净功。致冷系数：如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程;则第37页/共47页二）、卡诺循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）C（P3V3T2）D（P4V4T2）Q1Q2卡诺循环：在两个恒温热源（一个高温热源，一个低 温热源）间工作的循环。AB等温膨胀过程吸热：由两个等温过程和两个绝热过程组成。第38页/共47页CD等温压缩过程放热：第39页/共47页由绝热方程：联立得：所以卡诺循环效率：代入：第40页/共47页三）、卡诺致冷循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）D（P4V4T2）Q2 Q1C（P3V3T2）卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.由热力学第一定律知，此循环，内能不变，有：所以，致冷系数：第41页/共47页例5：图为某理想气体系统的一个循环过程，其中CA为绝热过程。设点A状态量(),B点状态量（）及系统绝热指数 均为已知。（1）在P-V图上这循环如何表示？（2）试求点C状态的温度 。（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？（4）计算循环过程的效率。ABCTV00PVABC解（1）如图：第42页/共47页（2）CA为绝热过程：根据得（3）AB过程为等温膨胀过程，吸热BC过程为等容降温过程，放热第43页/共47页(4)效率：第44页/共47页例6：一卡诺机在400K和300K之间工作，求：（1）若在正循环中，该机从高温热源吸热5000J热量，则将向低温热源放出多少热量？对外作功多少？（2）若使该机反向运转，当从低温热源吸收5000J热量则将向高温热源放出多少热量？作功多少？解（1）对卡诺热机热源温度差越大则作功越多。提高效率途径是提高高热源温度。第45页/共47页(2)对卡诺致冷机低温热源温度越低，则提取相同热量所需作功也越大。第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页