第十热力学.ppt

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1、第十热力学现在学习的是第1页，共42页一、教学基本要求一、教学基本要求:掌握功和热量的概念。理解准静态过程，掌握热力学第一定掌握功和热量的概念。理解准静态过程，掌握热力学第一定律。能分析计算理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的律。能分析计算理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的功、热量、内能的改变量，热容量及卡诺循环等简单循环的功、热量、内能的改变量，热容量及卡诺循环等简单循环的效率。了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律及效率。了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律及其统计意义其统计意义 第十章第十章 热力学基础热力学基础现在学习的是第2页，共42页平衡态平衡态准静态过准静态过

2、程程可逆过程可逆过程热容量热容量摩尔定压摩尔定压热容量热容量摩尔定容摩尔定容热容量热容量理想气体理想气体摩尔热容摩尔热容量量迈耶公式迈耶公式热量热量功功热力学第热力学第一定律一定律热力学第热力学第二定律二定律等容过程等容过程等压过程等压过程等温过程等温过程绝热过程绝热过程循环过程循环过程热循环热循环制冷循环制冷循环卡诺循环卡诺循环二、基本概念及基本规律二、基本概念及基本规律现在学习的是第3页，共42页平衡态：描述热力学系统的宏观参量平衡态：描述热力学系统的宏观参量P、V、T不随时间不随时间变化的状态。变化的状态。准静态过程准静态过程：在过程进行中的每一时刻，系统的状态都无限在过程进行中的每一时

3、刻，系统的状态都无限接近于平衡态。接近于平衡态。可逆过程：外界条件改变无穷小的量就可使过程反向进可逆过程：外界条件改变无穷小的量就可使过程反向进行，其结果是系统和外界能同时回到初态。无损耗的准行，其结果是系统和外界能同时回到初态。无损耗的准静态过程是可逆过程。静态过程是可逆过程。热容量：系统温度每升高热容量：系统温度每升高1K所需要的热量。所需要的热量。现在学习的是第4页，共42页定压摩尔热容定压摩尔热容：ppmdTdQC1,定容摩尔热容定容摩尔热容：VVmdTdQC1,理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容：RiCpm22,RiCVm2,现在学习的是第5页，共42页迈耶公式迈耶公式：RCCmV

4、mp,热量：系统与外界或两个物体之间由于温度不同而交换热量：系统与外界或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动的能量。热量是过程量与具体过程相联系。的热运动的能量。热量是过程量与具体过程相联系。功功：准静态过程系统对外所做的体积功为准静态过程系统对外所做的体积功为 PdVdA 21VVPdVA体积功是过程量，与具体过程相联系。体积功是过程量，与具体过程相联系。现在学习的是第6页，共42页热力学第一定律：热力学第一定律：dAdEdQAEEQ12物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在有内能变化物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在有内能变化过程中的具体表述，它表示热力学系统的内能，与外界交过程

5、中的具体表述，它表示热力学系统的内能，与外界交换的热量和外界之间的功三者之间的变化规律。换的热量和外界之间的功三者之间的变化规律。热力学第二定律：热力学第二定律：克劳休斯表述克劳休斯表述：热量不能自动的从低温物体传向高温热量不能自动的从低温物体传向高温物体。物体。现在学习的是第7页，共42页开尔文表述开尔文表述：其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。能的。物理意义：热力学第二定律描述了热力学系统变化的方向性物理意义：热力学第二定律描述了热力学系统变化的方向性，从微观意义上讲，自然过程（实际能发生的过程）总是沿，从微观意义上讲，自然过程（实际能发生的过

6、程）总是沿着使系统内的分子运动向更加无序的方向进行。从宏观上讲着使系统内的分子运动向更加无序的方向进行。从宏观上讲自然过程都是不可逆的。自然过程都是不可逆的。等容过程的相关公式：等容过程的相关公式：0 PdVdAdTCdEdQmv,现在学习的是第8页，共42页等压过程的相关公式：等压过程的相关公式：（P不变）RdTPdVdAdTCdEmV,dTCdQmP,等温过程的相关公式：等温过程的相关公式：（T不变）PdVdA0dEdAdQ 12lnVVRTAQ现在学习的是第9页，共42页绝热过程的相关公式：绝热过程的相关公式：（dQ=0）绝热过程方程（泊松方程）绝热过程方程（泊松方程）常量PVdAdE1

7、00PVVPA循环过程的相关公式：循环过程的相关公式：特征：系统经循环过程，回到初态。故特征：系统经循环过程，回到初态。故 0dEdAdQ 现在学习的是第10页，共42页热循环（正循环）热循环（正循环）：系统从高温热源吸热系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热，向低温热源放热Q2。对外做功。对外做功Q1-Q2效率为：效率为：1211QQQA注意：注意：A为系统对外做的净功，为系统对外做的净功，Q1为从高温热源的吸热值为从高温热源的吸热值，Q2为向低温热源的放热值，在计算效率时为向低温热源的放热值，在计算效率时Q1、Q2均取均取绝对值。绝对值。现在学习的是第11页，共42页制冷循环：制冷循环：（

8、逆循环）：外界对系统做功外界对系统做功A，使系统从低温热源吸热，使系统从低温热源吸热Q2，向高温热源，向高温热源放热放热Q1=Q2+A。制冷系数为制冷系数为:2122QQQAQ卡诺循环卡诺循环：系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程是卡诺循环。（在过程是卡诺循环。（在PV图上由两条等温线，两条绝热图上由两条等温线，两条绝热线构成的循环过程）线构成的循环过程）卡诺正循环的效率：卡诺正循环的效率：121TTc现在学习的是第12页，共42页例题11、在下列说法中，那些正确（、在下列说法中，那些正确（）可逆过程一定是平衡过程。可逆过程一定是平衡过程。平

9、衡过程一定是可逆过程。平衡过程一定是可逆过程。不可逆过程一定是非平衡过程。不可逆过程一定是非平衡过程。非平衡过程一定是不可逆的。非平衡过程一定是不可逆的。（A A），（B B），（C C），（D D），现在学习的是第13页，共42页例题22 2、关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述（、关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述（）功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。一切热机的效率都只能小于一切热机的效率都只能小于1。热量不能从低温物体向高温物体传递。热量不能从低温物体向高温物体传递。热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。热量从高温物体向低

10、温物体传递是不可逆的。以上这些叙述（以上这些叙述（）(A)(A)只有正确只有正确。（B B）只有正确。只有正确。(C)(C)只有正确只有正确。（D D）全部正确。全部正确。现在学习的是第14页，共42页例题33、一定量的理想气体分、一定量的理想气体分别由初态别由初态a经过程经过程ab和初和初态态a经过程经过程acb到达相同到达相同的终点的终点b，如图，如图2.5所示。则所示。则两个过程中气体从外界吸两个过程中气体从外界吸收的热量收的热量Q1、Q2的关系（的关系（）（A）Q10，Q1Q2（B）Q10，Q1Q2（C）Q10，Q1Q2（D）Q10，Q1Q2现在学习的是第15页，共42页例题44、如图

11、所示的两个卡诺循如图所示的两个卡诺循环，第一个沿环，第一个沿ABCDA进行进行，第二个沿，第二个沿ABCDA进行进行，则这两个循环的效率，则这两个循环的效率1和和2及两个循环所做的净及两个循环所做的净功功A1和和A2的关系（的关系（）。）。(A)1=2，A1A2 (B)1=2，A1=A2(C)12，A1=A2 (D)1=2，A1A2现在学习的是第16页，共42页例题55、两个卡诺机的循环曲线、两个卡诺机的循环曲线如图所示，一个工作在温度如图所示，一个工作在温度为为T1和和T3的两个热源之间，的两个热源之间，另一个工作在温度为另一个工作在温度为T2和和T3的两个热源之间，已知这两的两个热源之间，

12、已知这两个循环曲线所包围的面积相个循环曲线所包围的面积相等。由此可知（等。由此可知（）。）。(A)两个热机的效率一定相等。两个热机的效率一定相等。(B)两个热机从高温热源吸收的热量一定相等。两个热机从高温热源吸收的热量一定相等。(C)两个热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的两个热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的差值一定相等。差值一定相等。(D)两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。现在学习的是第17页，共42页例题66、“理想气体只与单一热源接触经历某一循环后，吸收的热量理想气体只与单一热源接触经历某一循环后，吸收的热量Q Q（Q Q 00）全部

13、用来对外做功）全部用来对外做功A(A 0A(A 0）。）。”对此说法，有如下几种对此说法，有如下几种评论，哪种正确（评论，哪种正确（）(A)(A)不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律。不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律。(B)(B)不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律。不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律。(C)(C)不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。(D)(D)违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。现在学习的是第18页，共42页例题88、某种单原子理想气体由图所示

14、、某种单原子理想气体由图所示A状态变化到状态变化到B状态。从状态。从A状态到状态到B状态的变化过程不知道，但若知状态的变化过程不知道，但若知道道A态和态和B态的压强、体积和温度态的压强、体积和温度，那么可以求出（，那么可以求出（）(A)(A)气体膨胀所做的功气体膨胀所做的功 (B)(B)气体内能的变化气体内能的变化(C)(C)气体传递的热量气体传递的热量 (D)(D)气体分子的质量气体分子的质量BA现在学习的是第19页，共42页例题99、下列理想气体各过程中可能发生的是（下列理想气体各过程中可能发生的是（）A内能减少的等容加热过程。内能减少的等容加热过程。B吸收热量的等温压缩过程。吸收热量的等

15、温压缩过程。C吸收热量的等压压缩过程。吸收热量的等压压缩过程。D内能增加的绝热压缩过程。内能增加的绝热压缩过程。现在学习的是第20页，共42页例题1010、给定的理想气体（比热容、给定的理想气体（比热容 为已知），从标准为已知），从标准状态（状态（P0、V0、T0）开始，做绝热膨胀，体积增大到）开始，做绝热膨胀，体积增大到三倍，膨胀后的温度三倍，膨胀后的温度T=_；013T1100TVVT100VVTT现在学习的是第21页，共42页例题1111、足球胆的容积是、足球胆的容积是2500 cm3，用打气筒每次将体积为，用打气筒每次将体积为125 cm3的的1标准大气压的空气打进去。若球胆内原无空气

16、，则打了四十标准大气压的空气打进去。若球胆内原无空气，则打了四十次后球胆内部的压强为次后球胆内部的压强为_Pa.此过程可近似为等温变化PVVP00665102500401012510P1025PaP现在学习的是第22页，共42页例题1212、对于、对于20的氮气，在等压膨胀过程中，对外所作的的氮气，在等压膨胀过程中，对外所作的功与从外界吸收的热量之比等于为功与从外界吸收的热量之比等于为 _2/7RdTidTCmp22,等压过程吸热等压过程吸热由物态方程，等压过程由物态方程，等压过程RdTpdV现在学习的是第23页，共42页例题1313、某理想气体，从、某理想气体，从PV图上的初态图上的初态a经

17、历经历或或过过程到末态程到末态b，其中虚线是绝热线，则，其中虚线是绝热线，则过程中，系统过程中，系统_热；热；过程中，系统过程中，系统_热热 放吸现在学习的是第24页，共42页例题1414、如图所示，、如图所示，abcda为为1mol单原子分子理性气体的循环单原子分子理性气体的循环过程，求：过程，求：1）气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？）气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？2）气体循环一次，对外做的净功？）气体循环一次，对外做的净功？现在学习的是第25页，共42页)(,RVPRVPRdTCQaabbTTmVba231吸热过程为吸热过程为ab和和bc ab为等容过程为等容过程

18、)(,RVPRVPRdTCQbbccTTmpcb252bc为等压过为等压过 程程：现在学习的是第26页，共42页2.一次正循环，系统对外的净功等于一次正循环，系统对外的净功等于PV曲线围成曲线围成的面积：的面积：)(10010110135JAJQQQ80021吸收的总热量为：吸收的总热量为：现在学习的是第27页，共42页例题1515、1mol氧气，进行氧气，进行如图所示的循环过程如图所示的循环过程abcda，其中，其中ab为等为等容加热过程，容加热过程，bc为等为等温膨胀过程，温膨胀过程，ca为等为等压压缩过程。求循环过压压缩过程。求循环过程中：（程中：（1）所作的净）所作的净功功;(2)循环

19、的效率循环的效率;现在学习的是第28页，共42页（1）ab为等容加热过程，功为为等容加热过程，功为0。bc为等温膨胀过程：为等温膨胀过程：JVPVdVVPdVVRTpdVAbbcbbbcbcbbc31052ln 现在学习的是第29页，共42页ca为等压压缩过程为等压压缩过程JVdVVPdVPpdVAcbbbaccacca2240JA86522403105JVpVpTCQQccaampca7840272)(,现在学习的是第30页，共42页%.99870512121QAJAQQQQAQ现在学习的是第31页，共42页例题1616、1mol的某双原子理想气体的循环过程，如图所示，的某双原子理想气体的循

20、环过程，如图所示，求（求（1）23过程系统外界所做的功；（过程系统外界所做的功；（2）31过程系统过程系统从外界吸收的热量；（从外界吸收的热量；（3）12过程系统从外界吸收的热过程系统从外界吸收的热量。量。T3P2122现在学习的是第32页，共42页解：解：23等温变化等温变化 3322VPVP222222323lnlnlnRVPVVRTA31等容等容2531RTCQVm12 等压等压2712RTCQPm现在学习的是第33页，共42页例题1717、3mol的单原子分子理想气体的循环过程如图所示，的单原子分子理想气体的循环过程如图所示，其中其中TC=600K。求：。求：ab、bc、ca三个过程气

21、体吸收的热三个过程气体吸收的热量；循环过程（量；循环过程（abca）气体作的净功；循环效率。）气体作的净功；循环效率。)(KT)m10(33V12abc现在学习的是第34页，共42页JTRTCQcPmab5.18697225cabbaaTTVTVT解：解：ab等压等压 bc等容等容 JTRTCQcVmbc5.11218223现在学习的是第35页，共42页JRTVVRTQcbacca1.103682lnlnca等温等温JQQQAcabcab1.2889由热力学第一定律，一个循环的净功为：由热力学第一定律，一个循环的净功为：%4.13cabcQQA一个循环的效率为：一个循环的效率为：现在学习的是第

22、36页，共42页例题1818、如图所示，、如图所示，abcda为为1mol单原子分子理性气体的循单原子分子理性气体的循环过程，求：环过程，求：(1)气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？的热量？(2)气体循环一次，对外做的净功？气体循环一次，对外做的净功？Pa)10(5P(K)Toabcd20016002现在学习的是第37页，共42页解：解：ab等容等容 abaabbTTPTPT2RRTTTRTCQaabVmab3002323cd等容等容 dcccddTTPTPT2RTTRTCQadPmbc20002225现在学习的是第38页，共42页吸热过程系统吸收

23、的热量吸热过程系统吸收的热量:JRQQQbcab1911323001551060010200RVVRVVdcbabc,da为等压过程，系统做功为等压过程，系统做功JRVVPVVPAdaabcb3324400)()(一个循环系统对外所作净功为一个循环系统对外所作净功为：现在学习的是第39页，共42页此循环的效率为：此循环的效率为：%.4171QA现在学习的是第40页，共42页19.有一卡诺制冷机，从温度为有一卡诺制冷机，从温度为10摄氏度的冷藏室吸摄氏度的冷藏室吸取热量，而向温度为取热量，而向温度为20摄氏度的物体放出热量。设该制摄氏度的物体放出热量。设该制冷机所消耗的功率为冷机所消耗的功率为15千瓦，问每分钟从冷藏室吸收的千瓦，问每分钟从冷藏室吸收的热量为多少？热量为多少？例例193026326329321221TTTwKTKT,JJA53109601015现在学习的是第41页，共42页JAQQJwAQAQw6216221079810897.现在学习的是第42页，共42页