大学物理热力学基础剖析.ppt

三、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics) （3）在全过程中所作的功等于在各分过程中所作的功之和，即： A = Ap + AT + AV Ap = pa(Vb-Va)=3×1.013×105×10-3J =304J 1 2 3 3 1 0 V/L P/（1.013×105Pa） a b c d 在等体过程中气体不作功，即 AV = 0 所以 A = Ap + AT + AV =304J+246J+0J=550J （4）吸收的热量？ ？ ？ §15.3 绝热过程（adiabatic process） 绝热过程： 的过程。 特征： 下列条件下的过程可视为绝热过程： 系统和外界没有热量交换的过程。 ▲ 良好绝热材料包围的系统发生的过程； ▲ 进行得较快而来不及和外界发生热交换 (过程时间 传热时间) 一.理想气体准静态绝热过程 或 推导过程方程：（以实验为基础的逻辑推理的研究方法） 对准静态过程有 PdV = -? CV dT …… (1) 因为 dQ =0, dA = -dE , (1)先考虑一绝热的元过程,写出热力学第一定律： 1 2 P V 0 ? 过程方程: (2)再对理想气体状态方程取微分： PdV+VdP = ? RdT ….. (2) 将(1)式的dT 代入(2)式，并化简 有 ? 绝热线: （泊松方程） 理想气体的绝热线比等温线“更陡” 将其与理想气体状态方程结合，可得另两个方程。 对上式积分得 — 绝热过程方程 自己推导 等温线斜率 PdV + VdP = 0 绝热线斜率 绝热线比等温线陡 比较Ａ点处等温线与绝热线 的斜率(注意? 1) 数学方法 【证明】设一等温线和一绝热线在Ａ点相交 二、绝热线与等温线的比较 绝热线 等温线 （1）从A点沿等温膨胀过程 V ?--- n ?---P ? （2）从A点沿绝热膨胀过程 V ? --- n ? --- P ? 且因绝热对外做功 E ?--- T ?--- P ? ? P3 P２. （注意绝热线上各点温度不同） 物理方法 绝热线 等温线 ? p ?? 三、理想气体的多方过程： 理想气体的热容 C 为常数的过程 统称为多方过程。 n……称为多方指数 可以证明多方过程的过程方程为： 多方过程是理想气体范围更大的一类过程， 它包括等温、等体、等压、绝热以及其他 许多过程。 如，n=0 等压； n=1 等温； n=? 绝热； n= ? 等容； 也包括了n 为其它正值的各种过程，例如介于等温与绝热之间的更实际的过程。 V n =0 =1 n =? n =? n P 气体作功为: (P264 例15.2 例15.3) 例: 有1mol 刚性多原子分子理想气体，原来的压强为1.0atm, 温度为27?C。若经过一绝热过程，使其压强增加到16atm.试求（1）气体内能的增量；（2）该过程中气体所作的功；（3）终态时气体的分子数密度。 解：（1）从绝热方程可求得终态的温度： V P O 2 1 绝热曲线 （2）功等于： （3）由 ，可得 V P O 2 1 绝热曲线 所以： 热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 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 蒸汽机 §15.4 循环过程 卡诺循环 实例：火力发电厂的热力循环 又回到初态的整个过程叫循环过程。 系统（如热机中的工质）经一系列变化后 水泵 A1 ?A2 ? Q1 锅炉 汽轮机 冷凝器 电力输出 ?Q2 ? 绝热 V O |Q2| p饱 p Q1 A 一、循环过程： ? 循环过程特征： 所以：曲线所包围的面积等于做功的大小。 正循环(热机循环)（顺时针）系统对外作功,按这种方式工作的机器叫热机。 逆循环(致冷循环)(逆时针) 外界对系统作功,按这种方式工作的机器叫制冷机。 如果循环的各阶段均为准静态过程，则循环过程可用状态图（如 p ? V 图）上的闭合曲线表示。 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质 . 热机循环示意图 冷机循环示意图