2021-2022学年高二物理竞赛课件：理想气体的热力学过程.pptx

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1、理想气体的热力学过程 理想气体的热力学过程理想气体的热力学过程 一、等体（容）过程一、等体（容）过程(isochoric process)二、等压过程二、等压过程(isobaric process)三、等温过程三、等温过程(isothermal process)四、绝热过程四、绝热过程 (adiabatic process)热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时，热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时，系统内能的增量等于在这过程中外界对系统所作的功和系统内能的增量等于在这过程中外界对系统所作的功和系统所吸收的热量总和。系统所吸收的热量总和。对无限小过程：对无限小过程：如果该过程

2、是准静态过程：如果该过程是准静态过程：热力学第一定律可写为：热力学第一定律可写为：4 热容热容与过程有关，需指明是何种过程的热容与过程有关，需指明是何种过程的热容定体热容定体热容：保持系统：保持系统体积体积不变的过程中的热容不变的过程中的热容定压热容定压热容：保持系统：保持系统压强压强不变的过程中的热容不变的过程中的热容等体过程中：等体过程中：比比热热：单位质量的热容。：单位质量的热容。摩尔摩尔热容热容：1mol 物质的热容。物质的热容。热力学过程中传递的热量热力学过程中传递的热量 Q 是过程量是过程量物体性质物体性质 物质性质物质性质 物质性质物质性质 5焓：焓：引入态函数焓的定义：引入态函

3、数焓的定义：等压过程中，等压过程中，系统从外界吸收的热量：系统从外界吸收的热量：等压过程中系统从外界吸收的热量等于系统态函数等压过程中系统从外界吸收的热量等于系统态函数焓焓的增量的增量系统的定压热容可表示为：系统的定压热容可表示为：单位：焦耳单位：焦耳J6理想气体的热容：理想气体的热容：Cp=CV+R 如果如果分子的自由度为分子的自由度为i，气体的量是气体的量是 摩尔，则理想气体的内能可以表示为摩尔，则理想气体的内能可以表示为 定体热容定体热容定压热容定压热容7此结论除了在低温下的氢气以外，也与实验结果相符。此结论除了在低温下的氢气以外，也与实验结果相符。对于对于单原子分子单原子分子气体，气体

4、，i=3,s=0,可算得可算得定体热容定体热容定压热容定压热容 =1.67这与实验结果符合得很好这与实验结果符合得很好对于对于双原子分子双原子分子气体，气体，i=5,若不考虑振动自由度若不考虑振动自由度定体热容定体热容定压热容定压热容 =1.408等体（容）过程等体（容）过程(isochoric process)等体过程等体过程 系统体积保持不变的过程。系统体积保持不变的过程。特征特征:dV=0过程方程过程方程:过程曲线过程曲线:平行于平行于P 轴的等体线。轴的等体线。V=恒量恒量 系统所获得的热量全部用于增加自身的内能。系统所获得的热量全部用于增加自身的内能。外界不对系统做功外界不对系统做功

5、 A=-pdV=0内能与热量：内能与热量：(Q)V=dU 系统吸收的热量：系统吸收的热量：1(p1,T1,V)2(p2,T2,V)p1p2opV 理想气体的热力学过程理想气体的热力学过程 V9等压过程等压过程(isobaric process)等压过程等压过程 系统压强保持不变的过程。系统压强保持不变的过程。p=恒量恒量 重重 物物过程曲线过程曲线:平行于平行于V 轴的等压线。轴的等压线。特征特征:dp=0 过程方程过程方程:热力学第一定律：热力学第一定律：(Q)p=dU-A 内能增量：内能增量：吸收热量：吸收热量：Qp=(U2-U1)-A 或或：opVpV2V1外界做功外界做功:系统从外界获

6、得的热量，一部分用以增大内能，一部分系统从外界获得的热量，一部分用以增大内能，一部分用以对外作功。用以对外作功。1(V1,T1,p)2(V2,T2,p)10等温过程等温过程(isothermal process)T=恒量恒量 恒温热源恒温热源等温过程等温过程 系统的温度保持恒定的过程。系统的温度保持恒定的过程。过程曲线过程曲线:等温线为等轴双曲线。等温线为等轴双曲线。热力学第一定律：热力学第一定律：(Q)T=-A=pdV 内能增量：内能增量：U=0 特征特征:T=0 过程方程过程方程:2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V系统吸收热量：系统吸收热量：将物态方程将物态方程

7、 恒量代入上式，得恒量代入上式，得 等温膨胀等温膨胀过程，系统从外界获得的热量全部用过程，系统从外界获得的热量全部用于对外作功；于对外作功；等温压缩等温压缩过程，系统向外界释放的热量全部来过程，系统向外界释放的热量全部来自外界对系统所作的功。自外界对系统所作的功。11过程曲线过程曲线:绝热线为双曲线。绝热线为双曲线。过程方程过程方程:恒量恒量 恒量恒量 恒量恒量 dU=A=-pdV 热力学第一定律：热力学第一定律：外界对系统做功：外界对系统做功：若系统对外界作功，则必然降低自身的内能；若系统对外界作功，则必然降低自身的内能；若外界对系统作功，则必然使系统的内能增加。若外界对系统作功，则必然使系

8、统的内能增加。2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V绝热过程绝热过程 (adiabatic process)绝热过程绝热过程 系统与外界没有热量交换的过程。系统与外界没有热量交换的过程。特征特征:Q=0 绝热材料绝热材料 12系统状态任一微小变化，其内能的改变为：系统状态任一微小变化，其内能的改变为：对理想气体方程对理想气体方程 PV=vRT 微分，得微分，得 代入第一定律代入第一定律dU=A=-pdV 得得（1）（2）消去消去dT，得，得 在温度变化不很大在温度变化不很大时可以看作常量时可以看作常量 将上式积分，得将上式积分，得 ln V+ln p=恒量恒量或或恒量恒量 泊松公式泊松公式 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V恒量恒量 恒量恒量&过程方程的推导：过程方程的推导：13PVo绝热过程绝热过程等温过程等温过程 绝热线比等温线更陡些绝热线比等温线更陡些&绝热线和等温线绝热线和等温线：在等温过程中，在等温过程中，压强的变化压强的变化 体积的变化体积的变化 在绝热过程中，在绝热过程中，所以系统压强的变化更为显著。所以系统压强的变化更为显著。体积的变化体积的变化 温度的变化温度的变化压强的变化压强的变化 两线相交点两线相交点 A 的斜率：的斜率：因为因为1,所以绝热线比等温线要陡。所以绝热线比等温线要陡。A V0 P P