第九章 热力学-1.pptVIP

* 第9章 热力学基础 风力发电 为了环境不受污染，也为解决一次性能源大量消耗终将导致枯竭的危险，人们在不断的寻求新能源。目前全球风力发电装机容量已超过13932 MW §9.1 热力学的研究对象和研究方法 一.热学的研究对象 热现象 热 学 与温度有关的物体的物理性质及状态的变化 研究热现象的理论 热力学 从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观规律 宏观量 二. 热学的研究方法 微观量 描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、热容量、密度、熵等。 描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。 微观粒子 观察和实验 出 发 点 热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质 二者关系 无法自我验证 不深刻 缺 点 揭露本质 普遍，可靠 优 点 统计平均方法 力学规律 总结归纳 逻辑推理 方 法 微观量 宏观量 物 理 量 热现象 热现象 研究对象 微观理论 （统计物理学） 宏观理论 （热力学） §9.2 平衡态与准静态过程 理想气体状态方程 一. 系统和外界 热力学系统 热力学所研究的具体对象，简称系统。 外界 系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。 系统以外的物体 系统与外界可以有相互作用 例如：热传递、质量交换等 系统 ? ? ? ? 系统的分类 开放系统 系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。 封闭系统 孤立系统 系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。 系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。 二.气体的状态参量 温度(T) 体积(V) 压强(p) 气体分子可能到达的整个空间的体积 大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的宏观效果 大量分子热运动的剧烈程度 温标：温度的数值表示方法 国际上规定水的三相点温度为273.16 K 1.定义 在没有外界影响的情况下，系统的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。 三. 平衡态 说明 (1) 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态； 低温T2 高温T1 (2) 平衡是热动平衡 (3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示 (4) 平衡态是一种理想状态 四.准静态过程 系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。 热力学过程 1 2 2 1 准静态过程 在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态。 非准静态过程 系统经历一系列非平衡态的过程 实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间，均可看作准静态过程。如：实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程 说明 (1) 准静态过程是一个理想过程； (3) 准静态过程在状态图上可用一 条曲线表示, 如图. (2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程； O V p 五.理想气体的状态方程 气体的状态方程 理想气体的状态方程 （平衡态） (1) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉珀龙方程的气体； (2) 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作理想气体处理。且温度越高、压强越低，精确度越高. 说明 （克拉珀龙方程） 常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m 常用形式 分子数密度 玻耳兹曼常数 理想气体状态方程 一柴油的汽缸容积为 0.827×10-3 m3 。压缩前汽缸的 空气温 度为320 K， 压强为8.4×104 Pa ，当活塞急速 推进时可将空气压缩到原体积的 1/17 ， 使压强增大 到 4.2×106 Pa 。 解 T2 柴油的燃点 若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。 例 求 这时空气的温度 §9.3 功 热量 内能 热力学第一定律 一. 功 热量 内能 1. 概念 热力学系统与外界传递能量的两种方式 作功 传热 是能量传递和转化的量度；是过程量。 功(A) ? ? ? 热量(Q) 是传热过程中所传递能量的多少的量度； 是过程量 内能(E ) 是物体中分子无规则运动能量的总和 ； 是状态量 系统吸热 ： 系统对外作功 ： ； 外界对系统作功 ： ；系统放热 ： 2. 功与内能的关系 1 2 外界仅对系统作功，无传热，则 说明 (1) 内能的改变量可以用绝 热过程中外界对系统所 作的功来量度； 绝热壁 绝热过程 (2) 此式给出过程量与状态量的关系 3. 热量与内能的关系 外界与系统之间不作功，仅传递热量 系统 说明 (1) 在外界不对系统作功时，内能的改变量也 可以用外界对系统所传递的热量来度量