大学物理_热力学第一定律.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * §10.1 功,热量，热力学第一定律 §10.2 准静态过程 §10.3 热容 §10.4 绝热过程 §10.5 循环过程 §10.6 卡诺循环 §10.7 致冷循环 第十章 热力学第一定律 * 作功可改变系统的状态 有规则动能?无规则动能 基本特征： 机械功 电源 R 电功 水 水 §10.1 功,热量，热力学第一定律 一 、功 * 功是一个过程量： 功不仅与系统的始、末状态有关，而且与所经历的过程有关。 导热壁 过程1： 绝热壁 过程2： 系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？ * 二. 热量 传热也可以改变系统的状态。 传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。 热量：通过温度差传递的能量 dQ 系统 外界 0 系统从外界吸热 0 系统向外界放热 * ?传热的微观本质是： 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递。 ?热量也是过程量。 ? 复习: 内能一般有 E = E（T，V ）。 或 E = E（T，P ） 三. 内能 对于一定质量的理想气体：E = E(T) 内能是状态量 ；对于一定质量的气体: 微观上热力学系统的内能是指什么？ 对于刚性理想气体公式； * 1 2 1 2 AaⅠ外 AaⅡ外 绝热壁 AaⅠ外 水 AaⅡ外 绝热壁 R I 水 ?宏观上（热力学中）内能的定义： 实验： 记 存在由系统状态决定的能量，即内能 * 系统内能的增量等于系统对外界作的 绝热功的负值-------热力学对内能的宏观定义。 （Aa为系统对外界作的绝热功） （右为外界对系统作的绝热功） 问题：上面绝热情况下， 它们之间 有什么关系？ 定义：内能 E 的增量 E1 E2 作功A 若有传热Q * 四.热力学第一定律 ? 实验结果：对于任一过程 另一叙述：第一类永动机 是不可能制成的。 ? 对于任一元过程 热力学第一定律适用于 任何系统(气液固……) 的任何过程(非准静态过程也适用)。 符号规定: Q 0 系统吸热 ?E 0 系统内能增加 A 0 系统对外界作功 热力学第一定律是反映热现象中 能量转化与守恒的定律。 * 弛豫时间—— 系统由非平衡态趋于平衡态所需时间。 若变化过程的时间驰豫时间 ——可看作无限缓慢 “ 理想化” ●物理上的“无限缓慢”，何义? 准静态过程： 过程中每一时刻可认为系统处于平衡态。 ● 过程： 意味着状态的变化； “平衡态”：状态不变。 如何统一？ 统一于过程进行“无限缓慢”！ §10.2 准静态过程 * 例如：气体的准静态压缩 过程时间～1 秒 容器线度 分子速率 10-3 秒 压缩时: P由不均匀到均匀的弛豫时间 压缩所用时间为 1 秒 弛豫时间（ 10 -3 S）。 ——过程中保持系统与外界的压强差为无穷小 * 又如： 准静态传热 T2 系统 T1 有限温差下的热传导， 为非准静态过程！ 系统 T1 T1+△T T1+2△T T1+3△T T2 无限小温差下的热传导 为准静态过程! 状态图上准静态过程为连续曲线 T1与外界的T2为有限温差 保持系统与外界无限小温差 P V 平衡态 * 一、热容 单位：J/K 热容是一个过程量。 1、定压热容 （压强不变） 2、定体热容 （体积不变） 设系统温度升高 dT ，所吸收的热量为dQ 系统的热容： §10.3 热容 * 二、摩尔热容 单位：J/(mol·K) 1、定体摩尔热容 1mol物质的热容 三、理想气体的摩尔热容 * 2、理想气体内能公式（宏观） 对于任意无限小过程 对于任意过程，若 CV,m = 常数，则 理想气体E~V 无关 * 3、迈耶公式（理想气体定压和定容摩尔热容的关系） 证明： 对理想气体，热力学第一定律可表为 * 4、比热比： 5、经典热容：由经典能量均分定理得 * 10.4 绝热过程 系统在和外界无热量交换的条件下进行的过程，称为绝热过程。 如何实现绝热过程 ？ 1、用理想的绝热壁把系统和外界隔开。 2、过程进行得很快，以至于系统来不及与外界进行显著的热交换。 例.内燃机气缸内气体的膨胀、压缩； 空气中声音传播引起局部膨胀或压缩。