第六章热力学基础.ppt

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1、第六章第六章 热力学基础热力学基础61 气体状态参量气体状态参量 平衡态平衡态 准静态准静态 理想气体状态方程理想气体状态方程一、状态参量（一、状态参量（P、V、T）1、气体的体积（、气体的体积（V）：气体所能达到的空间。）：气体所能达到的空间。单位：单位：；L 2、气体的压强（、气体的压强（P）：气体作用于气壁上的单位面积的）：气体作用于气壁上的单位面积的正压力。正压力。单位：单位：1Pa=;Hg 3、气体的温度（气体的温度（T）：气体的冷热程度（气体分子平均动）：气体的冷热程度（气体分子平均动能的标志能的标志）单位：）单位：；K T=t+273.15 二、平衡态二、平衡态 准静态准静态1、

2、平衡态、平衡态：一定质量的气体，它：一定质量的气体，它的状态参量不随时间而变化的的状态参量不随时间而变化的状态称为平衡态。状态称为平衡态。2、准静态过程：当气体（热力学系、准静态过程：当气体（热力学系统）从一个平衡态变化到另一个统）从一个平衡态变化到另一个平衡态所经历的状态都可以近似平衡态所经历的状态都可以近似当作平衡态，那么这种状态变化当作平衡态，那么这种状态变化过程称为过程称为 准静态过程。准静态过程。ABB (P V T)A (P V T)PV三、理想气体状态方程三、理想气体状态方程（单位：（单位：；）其中：摩尔气体常量其中：摩尔气体常量 62 功功 热量热量 内能内能一、功一、功BA1

3、气体所作的功等于气体所作的功等于PV图图上过程曲线下面所围的面积。上过程曲线下面所围的面积。B (P V T)A (P V T)PV2气体（热力学系统）所作的功气体（热力学系统）所作的功不仅与系统的始末状态有关，而且不仅与系统的始末状态有关，而且还与经历的路径有关，功是个过程还与经历的路径有关，功是个过程量。量。二、热量二、热量 气体（热力学系统）与外界由于存在温差而传递气体（热力学系统）与外界由于存在温差而传递 的能量叫做热量。用的能量叫做热量。用 Q 表示；单位：表示；单位：J。三、内能三、内能1、内能是由于物体内部分子的、内能是由于物体内部分子的热运动和相互作用而具有的能热运动和相互作用

4、而具有的能量。用量。用 E 表示；单位：表示；单位：J。2、气体（热力学系统）的内能是状态的函数，系、气体（热力学系统）的内能是状态的函数，系统内能的增量只与系统的始末状态有关，与系统经统内能的增量只与系统的始末状态有关，与系统经历的过程无关。历的过程无关。3、理想气体的内能只与温度（、理想气体的内能只与温度（T）有关。）有关。B (P V T)A (P V T)PV63 热力学第一定律热力学第一定律或：或：系统从外界吸热系统从外界吸热 ；反之反之 规定：规定：系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加；系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加；另一部分使系统对外做功。另一部分使系统对外

5、做功。系统对外界作功系统对外界作功 ；反之反之 系统内能增加系统内能增加 64 理想气体的等体过程和等压过程，摩尔热容理想气体的等体过程和等压过程，摩尔热容1、作功（、作功（）2、吸热（、吸热（）（1）定体摩尔热容（）定体摩尔热容（）：某种理想气体的定体摩尔热）：某种理想气体的定体摩尔热容（容（）在数值上等于）在数值上等于1 mol 的这种气体在等体过程的这种气体在等体过程中，温度升高中，温度升高1K所吸收的热量。所吸收的热量。（单位：（单位：）既：既：一、等体过程，定体摩尔热容一、等体过程，定体摩尔热容()PV（3）等体过程的吸热）等体过程的吸热 1 mol 气体：气体：质量为质量为m的气体

6、：的气体：或：或：3、内能的变化、内能的变化 或：或：（2）物理意义：定体摩尔热容（物理意义：定体摩尔热容（）是反映气体）是反映气体在等体过程中吸热本领的物理量。在等体过程中吸热本领的物理量。二、等压过程二、等压过程 定压摩尔热容（定压摩尔热容（）1、作功、作功或或 2、吸热（、吸热（）（1）定压摩尔热容（）定压摩尔热容（）（单位：（单位：）pv（3）等压过程的吸热）等压过程的吸热1 mol 气体：气体：质量为质量为m的气体：的气体：或：或：（2）物理意义：定压摩尔热容（）物理意义：定压摩尔热容（）是反）是反映气体在等压过程中吸热本领的物理量。映气体在等压过程中吸热本领的物理量。3、内能变化、

7、内能变化三、应用举例三、应用举例摩尔热容比摩尔热容比 或：或：或：或：（4）与与 的关系：的关系：65 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一、等温过程一、等温过程1、作功（、作功（）2、内能变化、内能变化 PV3、吸放热（、吸放热（）二、绝热过程绝热过程1、绝热过程：气体在状态发生变化过程中与外界没、绝热过程：气体在状态发生变化过程中与外界没有热量传递。有热量传递。2、作功（、作功（）或：或：3内能变化内能变化 4绝热方程绝热方程三、等温过程和绝热过程的比较三、等温过程和绝热过程的比较5、绝热过程的图象、绝热过程的图象PV1等温等温 2绝热绝热 由于由于1，所以，所以 ，

8、说明绝热线斜率的，说明绝热线斜率的绝对值大，绝热线更陡；在体积变化相同情况下，绝热过绝对值大，绝热线更陡；在体积变化相同情况下，绝热过程压强变化得更快。程压强变化得更快。等温过程等温过程绝热过程绝热过程66 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环一、循环过程一、循环过程1、热力学循环：系统经过一系列状态、热力学循环：系统经过一系列状态变化后又回到原来状态的过程，叫变化后又回到原来状态的过程，叫做热力学循环，简称做热力学循环，简称“循环循环”。做。做热力学循环的物质称为热力学循环的物质称为“工作物质工作物质”。2、热力学循环的特点：系统完成一次循环后，状态不变，、热力学循环的特点：系统完成一次循环后

9、，状态不变，内能不变，但可以实现热与功的转化。内能不变，但可以实现热与功的转化。3、热力学循环按进程的方向可分为、热力学循环按进程的方向可分为“正循环正循环”和和“逆循逆循环环”ABabPV二、热机和致冷机二、热机和致冷机1、热机（正循环）：热机是把热量、热机（正循环）：热机是把热量持续地转变为功的机器，热机工持续地转变为功的机器，热机工作物质所作的循环是正循环。作物质所作的循环是正循环。高温热源高温热源低温热源低温热源热机热机：为工作物质向高温热源吸收的热量：为工作物质向高温热源吸收的热量：为工作物质向低温热源放出的热量：为工作物质向低温热源放出的热量：为工作物质对外界做的功：为工作物质对外

10、界做的功热机的效率：热机的效率：ABPV2、致冷机（逆循环）：致冷机是通过外界、致冷机（逆循环）：致冷机是通过外界作功，使热量从低温处流向高温处，从作功，使热量从低温处流向高温处，从而获取低温的机器；致冷机工作物质所而获取低温的机器；致冷机工作物质所作的循环是逆循环。作的循环是逆循环。：为工作物质向高温热源放出的热量：为工作物质向高温热源放出的热量：为工作物质从低温热源吸收的热量：为工作物质从低温热源吸收的热量：为外界对工作物质做的功：为外界对工作物质做的功高温热源高温热源低温热源低温热源热机热机致冷系数：致冷系数：ABPV三、卡诺循环：卡诺循环是由四个准三、卡诺循环：卡诺循环是由四个准静态过

11、程（静态过程（2个等温过程和个等温过程和2个绝个绝热过程）组成的循环。热过程）组成的循环。ABCDPV1、卡诺热机的效率仅决定于两、卡诺热机的效率仅决定于两热源的温度。热源的温度。ABCDPV2、卡诺致冷机的致冷系数仅决定、卡诺致冷机的致冷系数仅决定于两热源的温度。于两热源的温度。67 热力学第二定律热力学第二定律 卡诺定理卡诺定理一、热力学第二定律（两种表述）一、热力学第二定律（两种表述）1、热力学第二定律的开尔文说法：（参书本、热力学第二定律的开尔文说法：（参书本P204页）；开页）；开尔文说法指出尔文说法指出“第二类永动机第二类永动机”不可能。不可能。2、热力学第二定律的克劳修斯说法：（

12、参书本、热力学第二定律的克劳修斯说法：（参书本P205页）；页）；3、热力学第二定律指出：自然界中热量的传递和热功间的、热力学第二定律指出：自然界中热量的传递和热功间的转变都是有方向的（参转变都是有方向的（参P205页）。页）。4、热力学第二定律的两种表述是等效的。、热力学第二定律的两种表述是等效的。二、可逆过程与不可逆过程二、可逆过程与不可逆过程1、可逆过程与不可逆过程：、可逆过程与不可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一个状态，而且不引起其他的变化，这样的过程叫可逆过程；一个状态，而且不引起其他的变化，这样的过程叫可逆过

13、程；反之，在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过反之，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个状态，这样的过程叫不可逆过程。程的每一个状态，这样的过程叫不可逆过程。2、实现可逆过程的条件：、实现可逆过程的条件：（1）过程无限缓慢，即属准静态过程。）过程无限缓慢，即属准静态过程。（2）系统没有摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功；既）系统没有摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功；既系统没有能量耗散。系统没有能量耗散。三、卡诺定理三、卡诺定理1、在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意物质的、在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意物质的可逆机，都具有相同的效率。可逆机，都具有相同的效

14、率。2、工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可、工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。68 熵熵 熵增加原理熵增加原理ABCDPVEFGHIJ什么是熵？什么是熵？ABCDPV一、熵一、熵或ABabPV1、熵是为了判断孤立系统热现象过程进行方向而引、熵是为了判断孤立系统热现象过程进行方向而引入的系统状态的单值函数；用入的系统状态的单值函数；用S表示，单位：表示，单位：2、熵变：若一个热力学系统从初态、熵变：若一个热力学系统从初态A经历任一可逆过经历任一可逆过程变化到末态程变化到末态B，其熵的增量为：，其熵的增量为

15、：（可逆过程）（可逆过程）或：或：二、不可逆过程熵变的计算二、不可逆过程熵变的计算1、若一个热力学系统从初态、若一个热力学系统从初态A经历任一个不可逆过程变化经历任一个不可逆过程变化到末态到末态B，可以在初态，可以在初态A与末态与末态B之间任意设想一个可逆过之间任意设想一个可逆过程，再利用可逆过程的熵变计算公式计算其熵变。程，再利用可逆过程的熵变计算公式计算其熵变。2、系统若分为几个部分，各部分熵变之和等于系统的熵、系统若分为几个部分，各部分熵变之和等于系统的熵变。变。三、熵增加原理：孤立系统中的任何不可逆过程，总是三、熵增加原理：孤立系统中的任何不可逆过程，总是沿着熵增加的方向进行；只有可逆过程熵才不变。既：沿着熵增加的方向进行；只有可逆过程熵才不变。既：四、应用举例四、应用举例