第八章-热力学.优秀PPT.ppt
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1、第第 八八 章章热热 力力 学学 基基 础础一一 准静态过程(志向化的过程)准静态过程(志向化的过程)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128 1 8 1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量系统:所探讨的宏观物体;外界:相互作用的环境。系统:所探讨的宏观物体;外界:相互作用的环境。11/5/二二 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 状态的变更状态的变更.准静态过程功的计
2、算准静态过程功的计算留意:作功与过程有关留意:作功与过程有关.8 1 8 1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量11/5/三三 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存在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:变更系统热运动状态作用相同;)等效性:变更系统热运动状态作用相同;宏观运动能量宏观运动能量分子热运动能量分子热运动能量功功分子热运动能量分子热运动能量分子热运动能量分子热运动能量热量热量3)功与热量的物理本质(能量转换)不同)功与热量的物理本质(能量转
3、换)不同.1卡卡=4.18 J ,1 J=0.24 卡卡功与热量的异同功与热量的异同8 1 8 1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量11/5/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8 2 8 2 内能内能 热力学第确定律热力学第确定律11/5/ 试验证明系统从试验证明系统从 A 状态变更到状态变更到 B 状态,可以接状态,可以接受做功和传热的方法,不管经过什么过程,只要始受做功和传热的方法,不管经过什么过程,只要始末状态确定,做功和传热之和保持不变末状态确定,做功和传热之和保持不变.一一 内内 能能(状态量)(状
4、态量)2AB1*2AB1*8 2 8 2 内能内能 热力学第确定律热力学第确定律11/5/ 系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关,与系系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关,与系统所经验的过程无关统所经验的过程无关.志向气体内能志向气体内能:表征系统状态的单值函数表征系统状态的单值函数,志向气体的内能仅是温度的函数志向气体的内能仅是温度的函数.2AB1*2AB1*8 2 8 2 内能内能 热力学第确定律热力学第确定律11/5/二二 热力学第确定律热力学第确定律 系统从外界吸取的热量系统从外界吸取的热量,一部分使系统的内能增加一部分使系统的内能增加,另另一部分使系统对外界做功一部分使系统对
5、外界做功.准静态过程准静态过程微小过程微小过程12*8 2 8 2 内能内能 热力学第确定律热力学第确定律11/5/+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系统对外界做功系统对外界做功外界对系统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 1)包括热现象在内的能量转换和守恒定律包括热现象在内的能量转换和守恒定律.第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的.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.物理意义物理意义8 2 8 2 内能内能 热力学第确定律热力学第确定律11/5/ 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础计算各等
6、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.8 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/单位单位一一 等体过程等体过程 摩尔定体热容摩尔定体热容过程方程过程方程 常量常量热力学第一定律热力学第一定律特性特性 常量常量 摩尔定体热容摩尔定体热容:理想气体在等体过程中吸理想气体在等体过程中吸收的热量收的热量 ,使温度升高,使温度升高 ,其摩尔定体热容为其摩尔定体热容为8 3 8
7、 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/热力学第确定律热力学第确定律 等等体体升升压压 12 等等体体降降压压 128 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/12二二 等压过程等压过程 摩尔定压热容摩尔定压热容过程方程过程方程 常量常量热一律热一律特特 性性 常量常量功功 摩尔定压热容摩尔定压热容:理想气体在等压过程中吸理想气体在等压过程中吸收的热量收的热量 ,温度升高,温度升高 ,其摩尔定压热容为,其摩尔定压热容为W8 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过
8、程 摩尔热容摩尔热容11/5/ 可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系 摩尔热容比摩尔热容比 8 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/12W等等 压压 膨膨 胀胀12W等等 压压 压压 缩缩 W W8 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/ 志向气体内能变更志向气体内能变更 定体摩尔热容定体摩尔热容 定压摩尔热容定压摩尔热容 摩尔热容比摩尔热容比 志向气体摩尔热容理论计算志向气体摩尔热容理论计算8 3 8 3 志向气体的等体过程和等压过程志向气
9、体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容11/5/一一 等温过程等温过程热力学第确定律热力学第确定律恒恒温温热热源源T12特征特征 常量常量过程方程过程方程常量常量8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/12等温等温膨胀膨胀W12W等温等温压缩压缩 W W8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/12二二 绝热过程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8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/若已知若已知
10、 及及12W从从 可得可得由热力学第确定律有由热力学第确定律有8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/ 绝热过程方程的推导绝热过程方程的推导分离变量得分离变量得12绝绝 热热 方方 程程常量常量常量常量常量常量8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/12W绝绝 热热 膨膨 胀胀12W绝绝 热热 压压 缩缩 W W8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/三三 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
11、大于绝热线的斜率大于等温线的斜率等温线的斜率.常量常量常量常量ABC常量常量8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/ 例例1 设有设有 5 mol 的氢气,最初的压强为的氢气,最初的压强为 温度为温度为 ,求在下列过程中,把氢气压缩为原体积,求在下列过程中,把氢气压缩为原体积的的 1/10 需作的功需作的功:1)等温过程,)等温过程,2)绝热过程)绝热过程.3)经)经这两过程后,气体的压强各为多少?这两过程后,气体的压强各为多少?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12常量常量8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志
12、向气体的等温过程和绝热过程11/5/3)对等温过程)对等温过程对绝热过程对绝热过程,有有12常量常量8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/ 例例2 2 氮气液化,氮气液化,把氮气放在一个绝热的汽缸中把氮气放在一个绝热的汽缸中.起先时起先时,氮气的压强为氮气的压强为5050个标准大气压、温度为个标准大气压、温度为300K;300K;经急速膨胀后经急速膨胀后,其其压强降至压强降至 1 1个标准大气压个标准大气压,从而使氮气液化从而使氮气液化.试问此时氮的温试问此时氮的温度为多少度为多少?解解 氮气可视为志向气体氮气可视为志向气体,其液化过程为绝热过程其液
13、化过程为绝热过程.8 4 8 4 志向气体的等温过程和绝热过程志向气体的等温过程和绝热过程11/5/ 热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后独创了蒸汽机,年纽可门先后独创了蒸汽机,当时蒸汽机的效率极低当时蒸汽机的效率极低,1765年瓦特进行了重大改进,年瓦特进行了重大改进,大大提高了效率大大提高了效率.人们始终在为提高热机的效率而努人们始终在为提高热机的效率而努力,力,从理论上探讨热机效率问题,从理论上探讨热机效率问题,一方面指明白提高一方面指明白提高效率的方向,效率的方向,另一方面也推动了热学理论的发展另一方面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率各种热机
14、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8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/热机热机:持续地将热量转变为功的机器:持续地将热量转变为功的机器.工作物质(工质):热机中被利用来吸取热量工作物质(工质):热机中被利用来吸取热量并对外做功的物质并对外做功的物质.8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/冰箱循环示意图冰箱循环示意图8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/ 系统经过一系列变更状态过程后,又回到原来的状态的系统经过一系列变更状态过程后,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
15、第一定律热力学第一定律净功净功特征特征一一 循环过程循环过程AB总吸热总吸热总放热总放热(取绝对值)取绝对值)8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/热机热机二二 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)AB8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/致冷机致冷系数致冷机致冷系数致冷机(致冷机(逆逆循环)循环)致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源AB8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/1423 例例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过
16、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8 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/14238 5 8 5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环11/5/三三 卡诺循环卡诺循环 低温热源低温热源高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机WABCD 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的志向循环的志向循环 卡诺循环卡诺循环.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.卡诺卡
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