第十二章系统.ppt

第12章 热力学第一定律 本章主要内容 §12-1 准静态过程，功，热量 §12-2 内能，热力学第一定律 §12-3 理想气体的等体过程和等压过 程，摩尔热熔 §12-4 理想气体的等温过程和绝热过程 §12-5 循环过程，卡诺循环 若已知 及 由 可得 绝热过程方程的推导 1 2 分离变量得 绝 热 方 程 常量 常量 常量 常量 1 2 W 绝热膨胀 1 2 W 绝热压缩 W W 三 绝热线和等温线 绝热过程曲线的斜率 常量 绝热线的斜率大于等温线的斜率. 等温过程曲线的斜率 常量 A B C 常量 [例1] 设有摩尔数为 n 的理想气体，定体摩尔热容和定压摩尔热容为 CV 和 Cp ( g = CV/Cp)，其初态和终态的状态参量用 (p1,V1,T1) 和(p1,V1,T1) 表示。 试完成下列表格（所有过程均为准静态）： 过程方程 等体 过程 等压 等温 绝热 例2 设有 5 mol 的氢气，最初温度 ，压强 ，求下列过程中把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功: （1）等温过程（2）绝热过程 （3）经这两过程后，气体的压强各为多少？ 1 2 常量 解 （1）等温过程 （2）氢气为双原子气体 由表查得 ，有 已知： 1 2 常量 （3）对等温过程 对绝热过程， 有 1 2 常量 例3 氮气液化， 把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至 1个标准大气压，从而使氮气液化. 试问此时氮的温度为多少？ 氮气为双原子气体由表查得 解 氮气可视为理想气体， 其液化过程为绝热过程. §12-5 循环过程，卡诺循环 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另一方面也推动了热学理论的发展 . 各种热机的效率 液体燃料火箭 柴油机 汽油机 蒸气机 热力学理论最初是在研究热机工作过程的基础上发展起来的。所谓热机（Engine）就是把热量转化为有用的功的装置。热机中必须有工作物质（即热力学系统）靠工作物质从热源吸收热量，再利用系统的体积膨胀对外做功。蒸汽机的水蒸气、内燃机的雾化的燃油和助燃气体混合物等。 热机 : 持续地将热量转变为功的机器 . 冰箱循环示意图 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 . 由热力学第一定律 特征 一 循环过程 A B 净功 总吸热 二 热机效率和致冷机的致冷系数 热机（正循环） 致冷机（逆循环） 净吸热 总放热 （取绝对值） 2 Q 热机 热机效率 高温热源 低温热源 A B 致冷机致冷系数 致冷机 高温热源 A B 低温热源 例 1 汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率. 解 吸 放 C D B A p V1 V2 o 又AB和CD是绝热过程： 所以 V 吸 放 C D B A p V1 V2 o *飞过海 The First Law of Thermodynamics §12-1 准静态过程,功，热量 一 准静态过程（理想化的过程） 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 . 气体 活塞 砂子 1 2 二 功（过程量） 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化 . 准静态过程功的计算 注意：作功与过程有关 . 宏观运动能量 热运动能量 三 热 量（过程量） 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 . 1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 宏观运动 分子热运动 功 分子热运动 分子热运动 热量 3）功与热量的物理本质不同 . 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 功与热量的异同 §12-2 内能，热力学第一定律 作机械功改变系统 状态的焦耳实验 A V 作电功改变系统 状态的实验