第十二章系统优秀课件.ppt

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1、第十二章系统第1页，本讲稿共64页本章主要内容本章主要内容12-112-1 准静态过程，功，热量准静态过程，功，热量12-212-2 内能，热力学第一定律内能，热力学第一定律12-312-3 理想气体的等体过程和等压过理想气体的等体过程和等压过 程，摩尔热熔程，摩尔热熔12-412-4 理想气体的等温过程和绝热过程理想气体的等温过程和绝热过程12-512-5 循环过程，卡诺循环循环过程，卡诺循环第2页，本讲稿共64页12-112-1 准静态过程准静态过程,功，热量功，热量第3页，本讲稿共64页一 准静态过程（理想化的过程）从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一

2、中间状态均可近似当作平衡态的过程中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体活塞砂子12第4页，本讲稿共64页二 功（过程量）功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化状态的变化.准静态过程功的计算准静态过程功的计算注意：注意：作功与过程有关作功与过程有关.宏观运动能量热运动能量第5页，本讲稿共64页三 热 量（过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递温差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；）等效性：

3、改变系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同）功与热量的物理本质不同.1卡卡=4.18 J ，1 J=0.24 卡卡功与热量的异同第6页，本讲稿共64页12-212-2 内能，热力学第一定律内能，热力学第一定律第7页，本讲稿共64页作机械功改变系统作机械功改变系统 状态的焦耳实验状态的焦耳实验AV作电功改变系统作电功改变系统 状态的实验状态的实验第8页，本讲稿共64页 实验证明系统从状态实验证明系统从状态A 变化到状态变化到状态B，可，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传

4、热之过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变和保持不变.一 内能（状态量）第9页，本讲稿共64页2AB1*2AB1*第10页，本讲稿共64页 理想气体内能:表征系统状态的单值函数，理想气体的内能仅是温度的函数.第11页，本讲稿共64页 系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关.2AB1*2AB1*第12页，本讲稿共64页二 热力学第一定律 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一一部分使系统的内能增加部分使系统的内能增加,另一部另一部分使系统对外界做功分使系统对外界做功.准静态过程微小过程12*第13页，本讲稿共64页 1）能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律.

5、第一类永动机是不可能第一类永动机是不可能制成的制成的.2）实验经验总结，自然界的普遍规律实验经验总结，自然界的普遍规律.+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定第一定律的符号规定物理意义物理意义第14页，本讲稿共64页凡例 的过程中，系统内能的变化及对外作的功。从b态 回到a态 系统从平衡态a 平衡态b,吸收热量500J，对外作功400J；然后从b态 回到a态，向外放出热量300J。过程500400100(J)过程100(J)300100200(J)外界向系统作功外界向系统作功第15页，本讲稿共64页13-313-3 理想气体的等体过程和等压过程，理想气

6、体的等体过程和等压过程，摩尔热熔摩尔热熔第16页，本讲稿共64页 计算各等值过程的热量、功和内能的理计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础论基础.（1）（理想气体的共性）（2）解决过程中能解决过程中能量转换的问题量转换的问题（3）（理想气体的状态函数）（4）各等值过程的特性各等值过程的特性.第17页，本讲稿共64页一 等体过程 摩尔定体热容由热力学第一定律特性 常量过程方程 常量第18页，本讲稿共64页单位 摩尔定体热容:理想气体在等体过程中吸收热量 ，使温度升高 ，其摩尔定体热容为:理想气体由热力学第一定律由热力学第一定律第19页，本讲稿共64页 等等体体升升压压 12 等等体体降降压压

7、12第20页，本讲稿共64页12二 等压过程 摩尔定压热容过程方程 常量由热力学第一定律由热力学第一定律特性 常量 功W第21页，本讲稿共64页 摩尔定压热容:理想气体在等压过程中吸收热量 ，温度升高 ，其摩尔定压热容为：第22页，本讲稿共64页 可得摩尔可得摩尔定压定压热容和摩尔热容和摩尔定体定体热容的关系热容的关系 摩尔热容比摩尔热容比 三个量：适用于任何过程第23页，本讲稿共64页12W等等 压压 膨膨 胀胀 W W12W等等 压压 压压 缩缩第24页，本讲稿共64页四 比热容热容热容比热容比热容第25页，本讲稿共64页13-413-4 理想气体的等温过程理想气体的等温过程和绝热过程和绝

8、热过程第26页，本讲稿共64页等温过程第27页，本讲稿共64页12等温膨胀W12W等温压缩 W W第28页，本讲稿共64页12二 绝热过程与外界无热量交换的过程与外界无热量交换的过程特征由热力学第一定律绝热的汽缸壁和活塞第29页，本讲稿共64页由热力学第一定律有由热力学第一定律有12W第30页，本讲稿共64页若已知 及由 可得第31页，本讲稿共64页 绝热过程方程的推导12第32页，本讲稿共64页分离变量得绝绝 热热 方方 程程常量常量常量常量常量第33页，本讲稿共64页12W绝热膨胀12W绝热压缩 W W第34页，本讲稿共64页三 绝热线和等温线绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率常量第35

9、页，本讲稿共64页 绝热线的斜率大于等温线的斜率绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温过程曲线的斜率常量ABC常量第36页，本讲稿共64页 例例1 1 设有摩尔数为设有摩尔数为 n 的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为 CV 和和 Cp(g=CV/Cp)，其初态和终态的状态参量用，其初态和终态的状态参量用(p1,V1,T1)和和(p1,V1,T1)表示。表示。试完成下列表试完成下列表格（所有过程均为准静态）：格（所有过程均为准静态）：过程方程过程方程等体等体过程过程等压等压等温等温绝热绝热第37页，本讲稿共64页 例2 设有 5 mol 的氢气，最初温度

10、 ，压强 ，求下列过程中把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功:（1）等温过程（2）绝热过程（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？12常量第38页，本讲稿共64页 解解 （1）等温过程等温过程（2）氢气为双原子气体氢气为双原子气体由表查得 ，有 已知：12常量第39页，本讲稿共64页（3）对等温过程对等温过程对绝热过程，对绝热过程，有有12常量第40页，本讲稿共64页 例3 氮气液化，把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至 1个标准大气压，从而使氮气液化.试问此时氮的温度为多少？氮气为双原子气体由表查得 解 氮气可视为理想

11、气体，其液化过程为绝热过程.第41页，本讲稿共64页12-512-5 循环过程，卡诺循环循环过程，卡诺循环第42页，本讲稿共64页 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机，当时蒸气机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸气机第43页，本讲稿共64页 热力学理论最初是在研究热机工作过程的热力学理论最初是在研究热机工作过程的基础上发展起来的。所谓基础上发展起来的。所谓热机热机（EngineEng

12、ine）就）就是把热量转化为有用的功的装置。热机中必是把热量转化为有用的功的装置。热机中必须有须有工作物质工作物质（即热力学系统）靠工作物质（即热力学系统）靠工作物质从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对外做功。外做功。蒸汽机的水蒸气、内燃机的雾化的蒸汽机的水蒸气、内燃机的雾化的燃油和助燃气体混合物等。燃油和助燃气体混合物等。第44页，本讲稿共64页热机:持续地将热量转变为功的机器.第45页，本讲稿共64页冰箱循环示意图冰箱循环示意图第46页，本讲稿共64页 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学

13、循环过程来的状态的过程叫热力学循环过程.由热力学第一定律由热力学第一定律特征一 循环过程AB第47页，本讲稿共64页净功总吸热二二 热机效率和致冷机的致冷系数热机效率和致冷机的致冷系数热机（正循环）致冷机（逆循环）净吸热总放热（取绝对值）2Q第48页，本讲稿共64页热机热机效率高温热源低温热源AB第49页，本讲稿共64页致冷机致冷系数致冷机高温热源AB低温热源第50页，本讲稿共64页 例 1 汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率.解解吸放CDBApV1V2o第51页，本讲稿共64页又AB和CD是绝热过程：所以所以V吸放CDBApV1V2o第52页

14、，本讲稿共64页三 卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在个工作在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环 卡诺卡诺循循环环.给出了热机效率的理论极限值给出了热机效率的理论极限值；他还提出他还提出了著名的卡诺定理了著名的卡诺定理.第53页，本讲稿共64页 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和两个准过程和两个准静态静态绝热绝热过程组成过程组成.卡诺热机WABCD低温热源低温热源T2高温热源T121TT 第54页，本讲稿共64页 理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等

15、温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环WABCD第55页，本讲稿共64页A B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热C D 等温压缩放热等温压缩放热WABCD第56页，本讲稿共64页 D A 绝热过程绝热过程B C 绝热过程绝热过程 所以所以WABCD第57页，本讲稿共64页 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工作物卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越大，则卡诺循环的效率越高越高.第58页，本讲稿共64页WABCD高温热源T1卡诺致冷机 卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数低温热源低温热源T2第59页，本讲稿共64页 图中两卡诺循环 吗？讨 论第60页，本讲稿共64页 例2 一电冰箱放在室温为 的房 间里，冰箱储藏柜中的温度维持在 .现每天有 的热量自房间传入冰箱 内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天 需作多少功,其功率为多少？设在 至 之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的 55%.解解第61页，本讲稿共64页房间传入冰箱的热量 热平衡时由 得第62页，本讲稿共64页保持冰箱在 至 之间运转，每天需作功 功率第63页，本讲稿共64页本章结束本章结束The End of This Chapter第64页，本讲稿共64页