[理学]5-3第一定律对于热力学过程的应用.ppt

太原理工大学物理系李孟春编写 过程方程 常量 由热力学第一定律 过程特征 常量 §5-3 第一定律对于热力学过程的应用 1 等容过程 等容过程系统对外不做功 一、三个等值过程 1 2 1 2 等容升压 等容降压 外界传给气体的热量全部用于增加气体的内能 气体放出的热量为气体内能的减少 过程方程 常量 过程特征 常量 2 等压过程 系统对外做功 内能的改变量 1 2 A 吸收的热量 由热力学第一定律 1 2 A 1 2 A A A 等 压 膨 胀 等 压 压 缩 气体吸收的热量，一部分用于内能的增加，一部分用于对外作功 外界对气体作的功和内能的减少均转化为热量放出。 6 5 3 i 1.3 4R 3R 刚性多原子分子 1.4 刚性双原子分子 1.67 单原子分子 Cp Cv 摩尔热容比 室温下，单原子分子及双原子气体的摩尔热容，理论值与实验值符合得相当好. （比较情况见书P157 表5-1） 多原子分子气体理论值与实验值的差值较大。 T(K) 2.5 3.5 4.5 50 270 5000 CP/R 氢气摩尔热容与温度关系实验曲线 氢气：理论值 摩尔热容随温度的变化关系 在低温时 的实验值等于2.5，和单原子分子的理论值相同。 在常温时 的实验值等于3.5，才和双原子分子的理论值相同。 在高温时 的实验值等于4.5，大于双原子分子的理论值。 在大的温度范围上看摩尔热容与温度有关。 即 CV 、 Cp和 ? 都并不是常量，而是与温度有关的。 这个结论用经典理论是无法解释的，只有采用量子理论解释。 分子能量是量子化的： 转动能量 振动能量 平动能量 平动能级差较小，可近似看作连续；转动的能级差较大，而振动的能级差是最大的。 在低温时，气体分子只有平动，i=3；在常温时，分子的转动能级被激发， i=3+2=5；在高温时，分子的振动能级也被激发，振动对热容开始有贡献。 常温下，不易发生振动能级的跃迁，分子可视为刚性（振动自由度被“冻结”）。 3 等温过程 热力学第一定律 恒温热源 T 1 2 过程特征 常量 过程方程 常量 “定温摩尔热容” 由功的定义 过程方程写成 所以 等温过程的热量 1 2 A 1 2 A A A 等温膨胀 等温压缩 等温膨胀中系统吸收的热量全部用来对外作功。 等温压缩中系统放出的热量全部来自外界所作的功。 二 绝热过程 绝热过程：系统与外界无热交换，系统状态变化的过程。 过程特征 绝热的汽缸壁和活塞 热力学第一定律 过程方程未知,无法计算 绝热过程的功 推导绝热过程方程 ——泊松公式 两边积分 联立求解得 对于微小绝热过程 绝 热 方 程 常量 常量 常量 利用理想气体状态方程还可以得 再由定义计算功 1 2 A 绝热膨胀 1 2 A 绝热压缩 A A 问题： 在绝热膨胀和绝热压缩过程中，温度如何变化？ 讨论绝热线和等温线 绝热过程曲线的斜率 等温过程曲线的斜率 绝热线的斜率大于等温线的斜率. 常量 常量 A B C 等温线 绝热线 理想气体的多方过程： (自己证） n 称多方指数 对绝热过程： 对等温过程： 等压过程： 等容过程： 绝热自由膨胀 （非准静态绝热过程） 真空 绝热刚性壁 隔板 T1 T2 对理想气体： 器壁绝热：Q = 0 向真空膨胀：A = 0 热力学第一律 E1 = E2 T1 = T2 对真实气体： 分子力以引力为主时 T2 T1 以斥力为主时 T2 T1 （是否等温过程？） 三 节流过程 p1 p2 多孔塞 气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强空间的过程称为节流过程或焦耳---汤姆逊效应 对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。 正焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低； 负焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。 对理想气体经历节流过程： 这说明理想气体经历节流过程后温度不变。 真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相互作用的势能。 实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出来，从而使温度降低，制成干冰。 例1 如图，对同一气体，I为绝热过程，那么J和K过程是吸热还是放热? 解：对绝热过程 对J过程 吸热 对K过程 放热 例2 如图，同一气体经过等压过程AB, 等温过程AC，绝热过程AD。问(1)哪个过程作功最多? 解： (1)由过程曲线下面积知 A B过程作功最多 (2) 哪个过程吸热最多？ 等温过程： 等压过程：