大学物理课件 热力学第一定律.ppt

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1、一、准静态过程,定义：热力学系统在状态发生变化的过程中，每一时刻 系统的状态都无限地接近平衡态，此过程称准静 态过程（或称平衡过程）。,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。,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。,热量（Q）：传热过程中所传递的能量。,单位：J 1cal=4.1855J,三、功（体积功）,元功：,实验一,作功增加物体内能,实验二,传递热量也可 增加物体内能,无限小过程：,有限过程：,其中：,摩尔热容量：1mol物质，当温度升高1K时所吸取的热量

2、,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,二、气体的定压摩尔热容量,与温度无关,比热比：,总结： 无论等容过程、等压过程：,例补：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。,解(1)1m2过程： 对于1m过程，由于体积不变（等容过程），所以,对于m2过程：,对于整个1m2过程：,(2)12过程：,功可由直线下面积求出：,由热力学第一定律得：,一、等温过程,1、等温过程的实现：,则内能不变,代入上式,2、等温过程的热量：,3、理想气体等温过程作功图

3、示：,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：,二、等容过程,1、等容过程的实现：,2、求,对等容过程：,3、等容过程的P-V图：,三、等压过程,1、等压过程的实现：,内能的改变量：,对外作功：,2、求,3、等压过程的P-V图：,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：,三、绝热方程,由（2）式可得：,所以： I绝热膨胀： II绝热压缩：,四、绝热过程的P-V图,1、P-V图：,2、绝热过程与等温过程的比较：,（1）绝热过程方

4、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,A点相交 比较在A点斜率：,可见绝热线比等温线陡,例补：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？,解：ab等压过程：,bc等容过程：,cd等温过程:,例补：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，,(2)气体内能：,例补：有3mol温度为 的理想气体，

5、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 比热容比 的值。,解：设初态参量为 末态参量为,由,得,等温过程：,等容过程：,即,(1)求AB过程中吸收的热量； (2)求过程AB中温度最高的状态C的温度、体积和压强； (3)分析AC、CB过程的热交换情况。,【例156】有,的过程到状态B，如图所示。已知,的单原子理想气体，由状态A经直线AB所表示,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：内能没有变化。,如系统经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程

6、,循环过程对外作净功：,即：循环过程曲线所包围面积,正循环（热循环）：循环过程沿顺时针方向进行，系统 对外作功。,逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外 界对系统作净功。,循环的效率：在一次循环过程中工作物质对外作的净功 占它从高温热库吸收的热量的比率。,热机效率：,由热力学第一定律知：,则,二、卡诺循环,卡诺循环就是在两个恒温热源（一个高温热源，一个低 温热源）间工作的循环。 由两个等温过程和两个绝热过程组成。,AB等温膨胀过程吸热：,CD等温压缩过程放热：,由绝热方程：,联立得：,所以卡诺循环效率：,代入：,三、卡诺致冷循环,卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.,由热力学第一定律知

7、，此循环， 内能不变，有：,所以，致冷系数：,例补：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。,解（1）如图：,（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,(4)效率：,例补：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。,(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。,