高二物理竞赛课件：热力学基础知识概述.pptx

《高二物理竞赛课件：热力学基础知识概述.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛课件：热力学基础知识概述.pptx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章第六章 热力学基础知识热力学基础知识 6.1-2 热力学基础知识概述（自学）热力学基础知识概述（自学）理想气体状态方程理想气体状态方程RTMmpV M是气体的摩尔质量，是气体的摩尔质量，m是气体的质量，是气体的质量，R为普适气体常数为普适气体常数KmolJR /31. 8系统、平衡态、理想气体系统、平衡态、理想气体例：例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，推进活塞压缩汽缸内的气体时，气体的体积、密度、温度、压强都气体的体积、密度、温度、压强都将变化，在过程中的任意时刻，气将变化，在过程中的任意时刻，气体各部分的密度、压强、温度都不体各部分的密度、压强、温度都不完全相同。完全相同。 6.3 热力

2、学第一定律热力学第一定律当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称历一个热力学过程，简称过程过程。u 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态，则此过程为一个平衡态，则此过程为准静态过程准静态过程。显然，这种过程。显然，这种过程只有在进行的只有在进行的 “ 无限缓慢无限缓慢 ” 的条件下才可能实现的条件下才可能实现。一、准静态过程一、准静态过程对于实际过程则要求系统状态发生变化的特对于实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间征时间t t 远远大于弛豫时间远远大于弛豫时间才可近似

3、看作准才可近似看作准静态过程。静态过程。举例举例1：外界对系统做功：外界对系统做功u非平衡态到平衡态的过渡时间，非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约即弛豫时间，约 10 -3 秒秒 ，如，如果实际压缩一次所用时间为果实际压缩一次所用时间为 1 秒，就可以说秒，就可以说 是准静态过程。是准静态过程。 外界压强总比系统压强大一小量外界压强总比系统压强大一小量 P ， 就可以就可以 缓慢压缩。缓慢压缩。系统系统T1T1+TT1+2TT1+3TT2从从 T1 T2 是准静态过程是准静态过程系统系统 温度温度 T1 直接与直接与 热源热源 T2接触，最终达到热平衡，不接触，最终达到热平衡，不是准静

4、态过程。是准静态过程。因为状态图中任何一点都表因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如过程可以用系统的状态图，如P-V图（或图（或P-T图，图，V-T图）中一条曲图）中一条曲线表示线表示。 VPo等温过程等温过程等容过程等容过程等压过程等压过程循环过程循环过程举例举例2：系统（初始温度：系统（初始温度 T1）从）从 外界吸热外界吸热T2摩擦功：摩擦功：dlfdAr 电功：电功：UdqIUdtdA 无摩擦准静态过程无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外界，其特点是没有摩擦力，外界在准静态过程中对系统的做功，可以用系统本身的状在准

5、静态过程中对系统的做功，可以用系统本身的状态参量来表示。态参量来表示。二、做功可以改变系统的状态二、做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）摩擦升温（机械功）、电加热（电功）是系统体积是系统体积系统体积由系统体积由V1变为变为V2，系统对外系统对外界作总功为：界作总功为：1 1、无摩擦准静态过程的功：、无摩擦准静态过程的功：设气缸内的气体进行膨胀过程，当活塞移动微小位移设气缸内的气体进行膨胀过程，当活塞移动微小位移dl 时，气体对外界所作的元功为时，气体对外界所作的元功为（系统对外作功为正系统对外作功为正） 21VVpdVAabpV012功的数值不仅与初态和末态有关，功的数值不

6、仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，而且还依赖于所经历的中间状态，功与过程的路径有关。功与过程的路径有关。功是功是过程量过程量peppdVl dSpdA 三、热量传递三、热量传递 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换， 热量传递热量传递也可以改变系统的状态。也可以改变系统的状态。 21VVpdVA等温等温 末末初初VVpdVAA A等压等压 = = p(V2-V1)A A等容等容 = 0= 0等容过程：等容过程：等压过程：等压过程：等温过程：等温过程：2、几种特殊热力学过程的功、几种特殊热力学过程的功：12ln121VVRTdVV

7、RTVV 231Vp0V1V2系统的内能是系统的内能是状态量状态量，如：如： P、V、T等量等量理想气体内能只与温度有关理想气体内能只与温度有关 ： E12) 2() 1 (12EEdEE 只与初、末态有关，与过程无关。只与初、末态有关，与过程无关。四、内能四、内能物体的分子的无规则运动能量的总和在宏观上是物体的内能。物体的分子的无规则运动能量的总和在宏观上是物体的内能。微小热量微小热量 ： 0 表示系统从外界吸热；表示系统从外界吸热； 0 表示系统向外界放热。表示系统向外界放热。总热量：总热量： 积分与过程有关积分与过程有关 。传热过程中所传递的能量的多少叫热量，以传热过程中所传递的能量的多

8、少叫热量，以Q表表示，热量传递的方向用示，热量传递的方向用Q的符号表示。的符号表示。 )2()1(dQQdQRTi 2AEEQ12u对无限小过程：对无限小过程：五、五、 热力学第一定律热力学第一定律某一过程，系统从外界吸热某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功，对外界做功 A，系统内能从初始态系统内能从初始态 E1变为变为 E2，则由能量守恒：，则由能量守恒：即：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和即：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做的功之和。系统对外做的功之和。dAdEdQ注意：注意：系统对外界作功则系统对外界作功则A A0 0；系统从外界吸热则；系统从外界吸热则Q

9、Q0 0。适用范围：适用范围：与过程是否准静态无关。即准静态过程和非静态与过程是否准静态无关。即准静态过程和非静态过程均适用。过程均适用。但为便于实际计算，要求初、终态为平衡态。但为便于实际计算，要求初、终态为平衡态。d dE E为全微分（为全微分（E E为内能为内能状态函数状态函数）; ;d dQ Q与与d dA A仅表示元过程中的无限小改变量仅表示元过程中的无限小改变量, ,不是全微分不是全微分（功，热均为在过程中传递的能量，即（功，热均为在过程中传递的能量，即过程量过程量）气体气体真空真空18451845年焦耳的气体绝热自由膨胀实验：年焦耳的气体绝热自由膨胀实验：实验结果表明：实验结果表

10、明： 水温不变水温不变! !一、理想气体的绝热自由膨胀一、理想气体的绝热自由膨胀气体的自由膨胀是绝热过程，即气体的自由膨胀是绝热过程，即Q=0。气体不对外界作功，即气体不对外界作功，即A=0。对于该过程，由热力学第一对于该过程，由热力学第一定律，可知定律，可知0AQE即：气体绝热自由膨胀过程是一即：气体绝热自由膨胀过程是一个等内能过程。个等内能过程。6.4 理想气体的内能理想气体的内能 热容量热容量说明：说明： 焦耳的结果只适用于理想气体焦耳的结果只适用于理想气体 。只有在。只有在实际气体密度趋于零的极限情形下，气体的内能才只实际气体密度趋于零的极限情形下，气体的内能才只是温度的函数而与体积无

11、关。一般气体的内能与温度是温度的函数而与体积无关。一般气体的内能与温度和体积都有关系。和体积都有关系。严格遵从气体状态方程严格遵从气体状态方程 pV=pV= RTRT 和内能和内能 E=E(T)E=E(T)只是温度的单值函数的气体，称为理想气体。只是温度的单值函数的气体，称为理想气体。理想气体定义理想气体定义体积改变，体积改变，压强改变，压强改变，内能不变内能不变温度不变温度不变焦耳实焦耳实验结果验结果气体的内能只气体的内能只与温度有关。与温度有关。注意：注意：因热量是过程量，故同一系统，在不同过程因热量是过程量，故同一系统，在不同过程中的热容量有不同的值。中的热容量有不同的值。二、热容量：系

12、统升高单位温度所需吸收的热量。二、热容量：系统升高单位温度所需吸收的热量。摩尔热容量摩尔热容量：一摩尔物质升高单位温度所需吸收的热量。一摩尔物质升高单位温度所需吸收的热量。* 定容摩尔热容量定容摩尔热容量* 定压摩尔热容量定压摩尔热容量VmVdTdQC 1,pmpdTdQC 1,dTdQC CdTdQCm 单位：单位：J/(mol K)内能是状态量，内能的改变由初末状态确定，与过程无内能是状态量，内能的改变由初末状态确定，与过程无关；并且，关；并且，理想气体内能由温度确定。理想气体内能由温度确定。1、理想气体准静态等容过程（、理想气体准静态等容过程（dv=0）：）： EVmVdTdQC 1,2、定压过程：、定压过程： pRTV RRiCmp 2,RCCmVmp ,迈耶公式迈耶公式dEpdVdEdQ 三、理想气体热容的推导三、理想气体热容的推导RTi 2dTdE 1 Ri2 ppmpdTdVpdTdEdTdQC 11 ,比热比热容容比：比： mVmpCC, 多原子分子双原子分子单原子分子RCmV23, RCmV25, RCmV3, 5/73/4理想气体的定容摩尔热容理想气体的定容摩尔热容注：实际气体的热容以及热容比都是温度的函数。注：实际气体的热容以及热容比都是温度的函数。绝热指数绝热指数? TC问：问：dTdQC 22iRRiRii2 3/5