大学热学第十一讲 TFL的应用.ppt

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1、5.1热力学过程热力学过程5.2功功5.3热量热量5.4热力学第一定律热力学第一定律5.5热容量热容量焓焓5.6气体的内能气体的内能焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验5.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环5.7热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用TheFirstLawofThermodynamics 理想气体：理想气体：理想气体：理想气体：U=U(T)5.1热力学过程热力学过程5.2功功5.3热量热量5.4热力学第一定律热力学第一定律5.5热容量热容量焓焓5.6气体的内能气体的内能焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验5.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环5.7热力学第一定

2、律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用TheFirstLawofThermodynamics5.6气体的内能气体的内能 焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验一一、焦尔实验、焦尔实验 二二、焦尔、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 物质的内能物质的内能物质的内能物质的内能U U。分子无规热运动能，分子无规热运动能，分子无规热运动能，分子无规热运动能，U U 是温度是温度是温度是温度T T 的函数。的函数。的函数。的函数。分子间互作用势能，分子间互作用势能，分子间互作用势能，分子间互作用势能，U U又是体积又是体积又是体积又是体积 V V 的函数

3、；的函数；的函数；的函数；一般说来，一般说来，一般说来，一般说来，U=U(T,V)理想气体内能理想气体内能由实验验证，由实验验证，1845年焦耳著名的年焦耳著名的气体自由膨胀气体自由膨胀实验实验U=U(T)绝热过程处理，即绝热过程处理，即 Q=Q=0 0 热力学第一定律热力学第一定律1.装置和结果装置和结果 A A =0 0 自由膨胀过程中内能为恒量！自由膨胀过程中内能为恒量！(常压下的气体常压下的气体常压下的气体常压下的气体)一一、焦尔实验、焦尔实验 =0是非静态过程是非静态过程!2.焦耳定律焦耳定律实验结果：实验结果：T1=T2气体内能仅是温度的函数，与体积无关。气体内能仅是温度的函数，与

4、体积无关。这一结论称为焦耳定律这一结论称为焦耳定律.质疑：质疑：常压气体常压气体(即非理想气体即非理想气体)向真空自由膨向真空自由膨胀时温度一点不变？胀时温度一点不变？水的热容量比气体的大得多，水的热容量比气体的大得多，温度的变化，当时温度的变化，当时的测温精度可能没有测出来的测温精度可能没有测出来(0.01)焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小.5.6气体的内能气体的内能 焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验一一、焦尔实验、焦尔实验 二、焦尔二、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验(1853)三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 使物体温度降低的常用方

5、法有下列五种使物体温度降低的常用方法有下列五种：通过温度更低的物体来冷却；通过温度更低的物体来冷却；通过吸收潜热通过吸收潜热(如汽化热、吸附热、溶解热、如汽化热、吸附热、溶解热、稀释热等稀释热等)来降温；来降温；通过绝热膨胀降温；通过绝热膨胀降温；温差电致冷温差电致冷；节流膨胀致冷。节流膨胀致冷。高压高压低压低压多孔塞多孔塞二二、焦尔、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验(1)Adiabatic(2)H 阻滞作用，阻滞作用，(3)p1p2，稳定流动稳定流动 1.实验装置实验装置(S)针尖针尖节流阀节流阀毛细管毛细管绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径很小的

6、阀门或毛细管等流到低压一边的稳定流动很小的阀门或毛细管等流到低压一边的稳定流动过程称为绝热节流过程过程称为绝热节流过程。高压高压低压低压多孔塞多孔塞实验发现，实验发现，T1 1T2 T0气体种类及多孔塞两边的压强的数值。气体种类及多孔塞两边的压强的数值。1.实验装置和结果实验装置和结果 分析分析分析分析 t t 内由左侧推到右侧的一定量气体内由左侧推到右侧的一定量气体内由左侧推到右侧的一定量气体内由左侧推到右侧的一定量气体,图（图（a）是节流前多孔塞左边的是节流前多孔塞左边的活塞尚未运动时气体活塞尚未运动时气体的的热力学状态热力学状态（初态）。（初态）。图（图（b）是是活塞将气体全部压到活塞将

7、气体全部压到多孔塞右边时气体的状多孔塞右边时气体的状态（末态）。态（末态）。2.实验分析实验分析:是非静态过程是非静态过程!U1U2 气体穿过多孔塞过程中，气体穿过多孔塞过程中，左边气体活塞对左边气体活塞对对象气体对象气体作功作功 右边活塞右边活塞作功作功:l2l1外界对定量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为？(S)外界对定量气体所作的净功为外界对定量气体所作的净功为Q=0，绝热节流过程前后的焓不变。绝热节流过程前后的焓不变。引入引入Joule-Thomsoncoefficient：经节流过程后，气体温度随压力的变化率。经节流过

8、程后，气体温度随压力的变化率。一般气体在常温下节流会致冷。空气一般气体在常温下节流会致冷。空气(0.25)CO2(1.3)对于对于氢气氢气、氦气，在常温下节流后温度反而升高、氦气，在常温下节流后温度反而升高 (0.3 )，它们只有在足够低温度，它们只有在足够低温度(-68 )下才为正节流下才为正节流效应。效应。焦汤系数：焦汤系数：焦汤系数：焦汤系数：因因因因 p1 p2，表示表示表示表示T1 T2，表示表示表示表示T1 2:I:142;II:132已知：已知：初态初态1的温度为的温度为T1，求：求：QIQII解：解：QIQII1.特点：特点：T=Const pV=C2.图示：图示：4.物理解释

9、：物理解释：物理解释：物理解释：从外界吸收的热量全部用来对外作功！从外界吸收的热量全部用来对外作功！从外界吸收的热量全部用来对外作功！从外界吸收的热量全部用来对外作功！三三三三.等温过程等温过程等温过程等温过程=03.TFL:三三.等温过程等温过程5.系统作功系统作功系统作功系统作功As s：吸收热量对外作功吸收热量对外作功外界作功放出热量外界作功放出热量(1)V2V1As0;V4V3As0(2)V1V26.再算理想气体内能再算理想气体内能H2 :V=5l，p=2atm U=?7.等温过程的热容量？等温过程的热容量？思考题：思考题：2.理想气体理想气体1:O2 ，2:He 分别经历一等压过程，

10、发现二系统吸收的热量分别经历一等压过程，发现二系统吸收的热量都相同，问都相同，问 (1)Cp,m1:Cp,m2=?(2)As1:As2=?(3)U U1 1:U U2 2=?As=p V V=R T TQ1=Q21Cp,m1T1=2Cp,m2T2 7/21RT1=5/22RT2 U=CV,m T T U1/U2=(51R T T1 1)/(32R T T2 2)=5As1:3As2=25:21一.一.等体过程等体过程（isochoricprocess）isovolumetric/constant-volume二二.等压过程等压过程 （isobaricprocess）三三.等温过程等温过程 (isothermalprocess)四四.绝热过程绝热过程 (adiabaticprocessadiabaticprocess)近似看作绝热过程。近似看作绝热过程。例如，例如，隔热材料隔热材料 或者过程进行得非常快或者过程进行得非常快!四四.绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程习题：习题：1，2，3，5，6，7，8，10，13，14，15，16，17，30，31，33Lifeisachainofmomentsofenjoyment;notonlyaboutsurvival.5.7热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用