ch1-4 功.ppt

* * §1.4 功 一.准静态过程 1.热力学过程 热力学系统的状态随时间的变化称为热力学过程，简称过程。 一般来讲，实际过程进行的并非很缓慢，这就使得实际过程中的每一个中间态不是平衡态而是非平衡态，问题变较为复杂。如果我们适当控制外界条件，让过程进行的充分缓慢，使其每一步都来得及建立新的平衡态。这样，该过程就可看作是由一系列平衡态所组成，从而使问题大为简化。 2.准静态过程 过程进行得非常缓慢，使得过程的每一步都可以看作是平衡态。这样的过程称为准静态过程。 例： 气缸中活塞缓慢地压缩气体，使得过程中的每一步都可以看作是平衡态。都有确定的压强、温度和体积等宏观量来描述。 注意： （1）准静态过程是一个理想过程。在处理实际问题时，只要过程进行的不是很快，就可以当作准静态过程来处理。 （2）准静态过程的一个重要性质是，如果没有摩擦阻力，外界在准静态过程中对系统的作用力可以用描写系统平衡态的参量表达出来。后面所说的准静态过程均指无摩擦准静态过程。 （3）除了上面介绍的准静态压缩（或膨胀）过程外，我们还可将准静态概念应用于传热过程。当处于热接触的两物体的温度差别很小时，两物体间的热传导过程将进行的非常缓慢。我们把这种非常缓慢的传热过程称为准静态传热过程。 如图所示，气缸内的气体作为研究对象，活塞面积为A。当气体处在平衡态时，外界压强与气体压强相等，用p来表示。当活塞在准静态过程中移动一个小距离dx时，外界对气体所做功为?W = pAdx。考虑到气体体积变化为dV = -A dx,外界对系统作的功为?W=-pdV 二.准静态过程中功的表达式 1. 系统体积变化时压力所做的功 由上式知，当系统的体积被压缩时，外界对系统所做的功为正值；当系统的体积膨胀时，外界对系统所做的功为负值，即系统对外界做功。式(1.4.1)给出了准静态过程中，外界对系统所做体积功的元功表达式。 如果系统在准静态过程中经历了一个有限过程，例如体积由VA变到VB,则外界对系统所做的功等于式(1.4.1)的积分。 （1.4.2） 只要知道压强与体积的关系，便可由上式算出该过程的体积功。 对于简单PVT系统，只有P和V两个独立变量，其准静态过程可以在P-V图中形象地表示出来，如图1-2所示。图上的曲线对应于某一准静态过程，称为过程曲线。曲线下阴影部分的面积表示在给定过程中，系统由状态A变化到状态B时所做功的数值。 由于不同的过程曲线下的 面积是不相同的，所以功的大 小与过程有关。 功是过程量而不是状态量。 2．磁介质在磁化过程中所做的功 式中V表示反向电动势，I为电流强度。 长为l 截面积为S的磁介质上绕有N匝线圈,如图1－3所示。接上电源，改变电流大小以改变磁介质中的磁场,此时线圈中将产生反向电动势，电源须克服此反向电动势做功。在dt时间内，外界电源所做的功为 ?W=V Idt 根据安培定律，磁介质中的磁场强度H为 （1.4.4） (1.4.3) 设磁介质中的磁感应强度为B，则通过线圈中的每一匝的磁通量为SB。由法拉第定律给出 所以