第四章 热力学基础精选文档.ppt

《第四章 热力学基础精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 热力学基础精选文档.ppt（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四章第四章 热力学基础热力学基础本讲稿第一页，共三十页一一、准静态过程准静态过程（理想化的过程）（理想化的过程）准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体气体活塞活塞砂子砂子124.1 4.1 热力学过程热力学过程本讲稿第二页，共三十页2AB1*2AB1*系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关历的过程无关。理想气体内能理想气体内能:表征系统状态的单值函数表征系统状态的单值函数,仅是温度的函数仅

2、是温度的函数。4.2 4.2 功与热功与热 热力学能热力学能（一（一）内）内 能能（状态量）（状态量）本讲稿第三页，共三十页（二）（二）功功（过程量）（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.第一节第一节 热力学第一定律热力学第一定律本讲稿第四页，共三十页(三三)热热 量量（过程量过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温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差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关

3、；）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：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动宏观运动分子热运动分子热运动功功分子热运动分子热运动分子热运动分子热运动热量热量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=4.186 J ，1 J=0.24 卡卡功与热量的异同功与热量的异同本讲稿第五页，共三十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本讲稿第六页，共三十页热力学第一定律热力学第一定律 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加一部分使系统的内能增加,另一

4、部分使系另一部分使系统对外界做功统对外界做功。微小过程微小过程4.3 4.3 热力学第一定律热力学第一定律系统对外界做功系统对外界做功+系统吸热系统吸热系统放热系统放热内能增加内能增加内能减少内能减少第一定律的符号规定第一定律的符号规定外界对系统做功外界对系统做功物理意义物理意义：能量转换和守恒定律：能量转换和守恒定律；第一类永动机是不可能制成；第一类永动机是不可能制成 的的；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。本讲稿第七页，共三十页 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础（1）（理想气体的理想气体的共性）共性）（2）解决过程

5、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。4.4 4.4 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用热力学第一定律对理想气体等值过程的应用本讲稿第八页，共三十页单位单位一一、等容过程、等容过程热力学第一定律热力学第一定律特征特征定容摩尔热容定容摩尔热容:理想气体在等容过程中吸收的理想气体在等容过程中吸收的热量热量 ，使温度升高，使温度升高 ,其定容摩尔热容为其定容摩尔热容为过程方程过程方程 常量常量本讲稿第九页，共三十页 等等容容升升压压 12 等等容容降降压压 12热力学第一定律热力学第一定律本讲稿第十页，共三十

6、页12二、等压过程二、等压过程过程方程过程方程 常量常量热一律热一律特特 征征 常量常量定压摩尔热容定压摩尔热容:理想气体在等压过程中吸收的理想气体在等压过程中吸收的热量热量 ，温度升高，温度升高 ，其定压摩尔热容为，其定压摩尔热容为A本讲稿第十一页，共三十页 可得定压摩尔热容和定容摩尔热容的关系可得定压摩尔热容和定容摩尔热容的关系 摩尔热容比摩尔热容比 本讲稿第十二页，共三十页12A等等 压压 膨膨 胀胀12A等等 压压 压压 缩缩 WW本讲稿第十三页，共三十页三、等温过程三、等温过程恒恒温温热热源源T热一律热一律12特征特征 常量常量 ，过程方程过程方程常量常量本讲稿第十四页，共三十页12

7、四、绝热过程四、绝热过程特征特征绝热的汽缸壁和活塞绝热的汽缸壁和活塞热一律热一律4.5 4.5 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程本讲稿第十五页，共三十页12绝绝 热热 方方 程程常量常量常量常量常量常量本讲稿第十六页，共三十页绝热线和等温线绝热线和等温线:绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率等温等温过程曲线的斜率过程曲线的斜率 绝热线的斜率大于等绝热线的斜率大于等温线的斜率温线的斜率.常量常量常量常量ABC常量常量本讲稿第十七页，共三十页 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的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循环过程过程叫热力学循环过程.热力学第一定律

8、热力学第一定律净功净功特征特征一、循环过程一、循环过程AB4.6 4.6 循环过程循环过程 热机效率热机效率总吸热总吸热总放热总放热（取绝对值）取绝对值）本讲稿第十八页，共三十页热机热机二、热机效率二、热机效率热机效率热机效率高温热源高温热源低温热源低温热源热机（热机（正正循环）循环）AB第三节第三节 卡诺循环卡诺循环 热机效率热机效率本讲稿第十九页，共三十页 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸汽机蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低，当时蒸汽机的效率极低.1765年瓦特进行了重大年瓦特进行了重大改进改进，大大提高了效率，大大提高了效率

9、.人们一直在为提高热机的人们一直在为提高热机的效率而努力，效率而努力，从理论上研究热机效率问题，从理论上研究热机效率问题，一方面一方面指明了提高效率的方向，指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论另一方面也推动了热学理论的发展的发展.各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机本讲稿第二十页，共三十页1423 例例 2 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其氦气经过如图所示的循环过程，其中中 ,求求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和热机的效率各过程中气体吸收的热量和热机的效率.解解 由理想气体物态方程得由理想气体物态方程得本讲稿

10、第二十一页，共三十页1423本讲稿第二十二页，共三十页准静态无摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程 可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中在系统状态变化过程中,如果逆过程能如果逆过程能重复正过程的每一状态重复正过程的每一状态,而不引起其他变化而不引起其他变化,这样的过这样的过程叫做可逆过程程叫做可逆过程.可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程4.7 4.7 宏观过程的方向性宏观过程的方向性本讲稿第二十三页，共三十页 非非准静态过程为准静态过程为不可逆过程不可逆过程.不可逆不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或

11、者虽能重复但必然会引起过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程.可逆过程的条件可逆过程的条件本讲稿第二十四页，共三十页 1 开尔文说法：不可能从开尔文说法：不可能从单一单一热源吸取热量，使热源吸取热量，使之全变为有用功，而不产生其他影响。之全变为有用功，而不产生其他影响。第二定律的提出第二定律的提出1 功热转换的条件第一定律无法说明功热转换的条件第一定律

12、无法说明.2 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明逆性问题第一定律无法说明.一一、热力学第二定律的两种表述、热力学第二定律的两种表述 4.8 4.8 热力学第二定律热力学第二定律本讲稿第二十五页，共三十页 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单单一热源吸热作功，一热源吸热作功，而而不不放放出热量给其它物体出热量给其它物体,但它但它非循环过程非循环过程.12AW低温热源低温热源高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机AABCD 卡诺卡诺循环是循循环是循环过程，环过程，但需两个但需两个热源，且热源，且使外界发使外界发生变化生变化.本讲稿第二十六页，共三十

13、页 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图本讲稿第二十七页，共三十页 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化物体，但需外界作功且使环境发生变化.2 克劳修斯说法：克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自自动动传到高温物体而传到高温物体而不不引起引起外界的变化外界的变化.高温热源高温热源低温热源低温热源卡诺致冷机卡诺致冷机AABCD本讲稿第二十八页，共三十页注注 意意 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性法都反映了自然界过程进行的方向性.2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性法具有等效性.本讲稿第二十九页，共三十页非非自发传热自发传热自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导热传导 热功转换热功转换完全完全功功不不完全完全热热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的的.热力学第二定律的热力学第二定律的实质实质无序无序有序有序自发自发非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发自发本讲稿第三十页，共三十页