高二物理竞赛课件：热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用.pptx

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1、第六章 热力学基础,6-2 热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用,打开一个饮料容器时，在开口周围会形成一层细雾，并喷溅出一些液体。（照片中，雾是环绕在塞子周围的白云，喷溅出的水在云里形成线条）,2,6. 热力学基础,6.1 热力学第零定律和第一定律6.2 热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用6.3 循环过程 卡诺循环6.4 热力学第二定律6.5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理6.6 熵 玻尔兹曼关系6.7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义6.8* 耗散结构 信息熵,等体过程 气体的摩尔定体热容 等压过程 气体的摩尔定压热容 等温过程 绝热过程* 多方过程,3,应用1：等体过程,特点

2、：=恒量，=0,状态方程：/=恒量,由热力学第一定律，有：,对有限的等体过程，有:,表明:在等体过程中，气体吸收的热量Q全部用来增加气体的内能E，而系统没有对外作功,封闭容器内的各种热力学过程都是近似的等体过程。,4,热容：用以衡量物质所包含热量的物理量.,因热量d是过程量，与具体过程有关。热力学系统从一种平衡态过渡到另一种平衡态有无数条路径，每一条路径代表一个过程，不同的路径所需的热量不同。所以对同一个系统不同的过程其热容不同，存在无穷多个热容。,比热 ：1克物质升高温度1C所需要的以卡为单位的热量。,1克重的水需要4.2焦耳来加热升高1度。,摩尔热容 ：一摩尔物质温度升高 1 度所吸收的热

3、量 。,气体热容：在没有化学反应和相变条件下，温度升高1K所需的热量。,= ,0时， C0,等温过程：=0，绝热过程：=0，=0,5,热容：用以衡量物质所包含热量的物理量.,摩尔热容 ：一摩尔物质温度升高 1 度所吸收的热量 。,J/(molK),摩尔定压热容 ：系统压强保持不变过程中的热容 。,因热量与具体过程有关，所以对同一个系统不同的过程其热容不同.,摩尔定体热容 ：系统体积保持不变过程中的热容 。,6,摩尔定体热容,由摩尔定体热容定义：,由等体过程：,计算理想气体内能变化的通式！,由理想气体的内能：,仅与分子自由度有关，与温度无关！,应用1：等体过程,7,应用2：等压过程,特点：= 恒

4、量,状态方程：/= 恒量,由热力学第一定律：,表明: 在等压过程中，理想气体吸收的热量Q一部分用来增加气体的内能E，另一部分使气体对外作功A。,8,摩尔定压热容,由摩尔定压热容定义：,由等压过程：,(Mayer) 迈耶公式：,表明:在等压过程中，1mol 理想气体，温度升高l K时，要比其等体过程多吸收8.3l J的热量，用于对外作功,应用2：等压过程,9,Mayer 公式,表明: 在等压过程中，1mol 理想气体，温度升高l K时，要比其等体过程多吸收8.3l J的热量，用于对外作功。,意义：在具有相同初末态的过程中，等压过程吸收的热量大于等容过程中吸收的热量。,1 mol 理想气体温度升高

5、 1 K，对于等容过程，体积不变，吸收的热量全部用于增加系统的内能。,对理想气体，自由度i 是常数，因此定容摩尔热容量和定压摩尔热容量均是与温度 无关的常数。,应用2：等压过程,10,例题 6-1,一气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气压下缓慢地加热，使温度升高1K。试求：气体膨胀时所作的功A、气体内能的增量E以及气体所吸收的热量Qp。（活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均可略去）,应用2：等压过程,11,应用3：等温过程,特点：dT = 0, dE = 0 （因理想气体内能只是温度的函数）,状态方程：= 恒量，（ p1V1 = p2V2 ）,由热力学第一定律：,恒温热源,系统吸热全部用

6、来对外做功。在等温膨胀过程中，理想气体所吸取的热量全部转化为对外所作的功；在等温压缩过程中，外界对理想气体所作的功，将全部转化为传给恒温热源的热量。,12,应用3：等温过程,特点：dT = 0, dE = 0 （因理想气体内能只是温度的函数）,状态方程：pV =恒量，（ p1V1 = p2V2 ）,由热力学第一定律：,恒温热源,因：,系统吸热全部用来对外做功,13,小 结,等体过程 (V=Const.),等压过程 (p=Const.),等温过程 (T=Const.),（直接）,(Mayer公式),教材P216. 表6-2,14,补充例题,20 mol氧气由状态1 变化到状态2 所经历的过程如图

7、，（1）沿1 a 2路径；（2）沿1 2直线。试分别求出这两个过程中的A与Q以及氧气内能的变化 E2- E1。氧分子当成刚性分子理想气体看待。,15,补充例题,解： （1）1 a 2过程,a 2 : 等压过程,另一解法：,16,补充例题,解： （1）1 a 2过程,气体对外作负功。外界对气体作功。,气体向外界放热。,气体内能减少了。,符合热力学第一定律？,17,补充例题,解： （1）1 2过程,功：直线下的面积。因气体被压缩，外界对气体作正功。,气体内能的增量：,由热力学第一定律：,比较上述2个过程：内能的变化与过程无关；内能是系统“状态”的函数。功和热量随过程不同而不同；功和热量是“过程量”

8、。,18,绝热过程,绝热过程：系统和外界没有热量交换的过程。例如：良好绝热材料包围的系统发生的过程；进行得较快 ( 仍是准静态 ) 而来不及和外界交换热量的过程。,特点：,由热力学第一定律：,表明: 在绝热过程中，只要通过计算内能的变化就能计算系统所作的功。 系统所作的功完全来自内能的变化。,19,绝热过程方程,意义：若由初态 A ( P1，V1，T1 ) 分别： 经等温过程至状态 2( P2，V2，T1 ) 经绝热过程至状态 2 ( P2， V2 ，T2 )即经两不同过程均膨胀至体积 V2，则P2 P2, 与等温过程相比，绝热过程压强变化大。原因：经等温过程，温度不变，压强的降低只是由于体积

9、的膨胀。经绝热过程，压强的降低是由于体积膨胀和温度的降低。,热容比：,教材P215 图6-8,20,绝热过程方程（推导）,推导：,热容比：,热力学第一定律 + 绝热特征：,因绝热过程中p、V、T 都在变，对理想气体状态方程求微分：,(1),(1)中的dT代入得：,积分得：,(自己推导),21,绝热过程应用,打开一个饮料容器时，在开口周围会形成一层细雾，并喷溅出一些液体。（照片中，雾是环绕在塞子周围的白云，喷溅出的水在云里形成线条）没有打开的香槟内部是二氧化碳气体 +水蒸气，其压强比大气压大。打开香槟时，气体迅速膨胀，绝热过程。膨胀意味着对大气做功，但绝热时没有热量交换，只能靠系统内能降低来做功。系统内能降低，气体温度必然降低，这样变形成了雾。,