第13章-热力学.ppt

第十三章 热力学基础 §13-1 热力学的基本概念 13-1-2 平衡态 准静态过程 §13-2 热力学第一定律 13-2-2 热力学第一定律的数学描述 13-2-3 准静态过程中热量、功和内能 §13-3 热力学第一定律的应用 13-3-2 绝热过程 多方过程 §13-4 循环过程 §13-5 热力学第二定律 §13-6 熵与热力学第二定律 13-6-2 熵与热力学概率 热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。 无摩擦力等耗散力做功的准静态过程才是可逆过程。 等压过程： V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 1 理想气体的绝热过程 p V1 V2 p V 绝热过程:气体在物态变化过程中系统和外界没有热量的交换。 绝热过程的热力学第一定律: 绝热过程的功： 绝热过程内能增量： 绝热方程： 绝热方程的推导： 由理想气体的物态方程： 两边微分： 两边积分： 消去 p： 消去 V： 绝热线和等温线 p V A 绝热 等温 绝热方程： 化简： 等温方程： 结论：绝热线在A点的斜率大于等温线在A点的斜率。 2. 多方过程 多方过程： 等压过程：n = 0 等温过程：n = 1 等体过程：n = ∞ 绝热过程：n = γ 当 n = ∞ 时，V = 常数 多方过程中的功： 由多方过程方程： 内能增量： 由热力学第一定律： 设多方过程的摩尔热容为 Cn,m 多方过程吸热： 比较可得： 由 和 多方过程的摩尔热容： 例4 有8×10-3 kg氧气，体积为0.41×10-3 m3 ，温度为27℃。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.1×10-3 m3 ，问气体做多少功？如作等温膨胀，膨胀后的体积也为4.1×10-3m3 ，问气体做多少功？ 解： 绝热方程： 例5 有体积为10-2 m3的一氧化碳，其压强为107 Pa，温度为300 K。膨胀后，压强为105 Pa。试求（1）在等温过程中系统所做的功和吸收的热量；（2）如果是绝热过程，情况将怎样？ 解： （1）等温过程 系统做功： 内能变化： 系统吸热： （2）绝热过程 系统做功： 又 系统吸热： 13-4-1 循环过程 循环过程： 系统经历了一系列物态变化过程以后，又回到原来物态的过程。 循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。 aIb 为膨胀过程： bIIa为压缩过程： 净功： 结论：在任何一个循环过程中，系统所做的净功在数值上等于p –V 图上循环曲线所包围的面积。 p V b a II I pb Vb pa Va 循环过程的分类： 正循环：在 p –V 图上循环过程按顺时针进行 逆循环：在p –V 图上循环过程按逆时针进行 热机：工作物质作正循环的机器 制冷机：工作物质作逆循环的机器 设：系统吸热 Q1 ，系统放热 Q2。 循环过程的热力学第一定律： 13-4-2 热机和制冷机 工作物质：在热机中被用来吸收热量、并对外做功的物质。 热机效率：在一次循环过程中，工作物质对外做的净功与它从高温热源吸收的热量之比。 制冷过程：外界做功W，系统吸热 Q2，放热 Q1。 制冷系数： 制冷系数：制冷机从低温热源吸取的热量与外界做功之比。 13-4-3 卡诺循环及其效率 1824年，法国青年科学家卡诺（1796 — 1832）提出一种理想热机，工作物质只与两个恒定热源（一个高温热源，一个低温热源）交换热量。整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成，这样的循环过程称为卡诺循环。 理想气体准静态卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。 AB过程： CD过程： BC和DA过程： VC VA V D A B C VB VD T1 T2 p Q1 Q2 VC VA V D A B C VB VD T1 T2 p 卡诺循环效率： 结论：卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定。 卡诺制冷机： 卡诺制冷系数： 例6 3.2?10 -2 kg氧气作ABCD循环过程。A?B和C ? D都为等温过程，设T1 = 300 K，T2 = 200 K，V2 = 2V1。求循环效率。 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 解： 吸热 放热 吸热 放热 D A B C T1=300K T2=200K V2 V1 V p 例7 计算奥托机的循环效率。c ? d, e ? b为等体过程； b ? c，d ? e为绝热过程。 解： 吸热 放热 V0 V p V a c d e b O V0 V p V a c d e b O 13-5-1 热力学过程的方向性 设在某一过程中，系统从物态A变化到物态B。如果能使系统进行逆向变化，从物态B恢复到初