[理学]热学第10章热力学第一定律_285403846.ppt

绝热过程功： 根据热 I 律得到绝热功为： 两个结果一样吗？请验证。 A = -?E = ? CV,m (T1 - T2) 根据体积功的定义得： 等温膨胀： V? ? n? E? ? T? p2 p2? ? p?? V? ? n? ? p? 为何绝热线比等温线陡？ p = nkT 绝热膨胀： 物态方程： 【讨论】 E 不变，T不变 2? 绝热 0 V p 2 等温 1 绝热过程应用：声速 绝热过程 若按等温过程计算 牛顿认为是等温过程，得到结果偏差大 声波在气体中传播时的压缩膨胀过程都是在绝热条件下进行。 牛顿声速公式： 【例】大气温度随高度增加而递减 当空气被太阳晒热时，密度减少，缓慢上流，因空气导热性差，认为是绝热过程比较合理。 假设空气温度和压强随高度变化 dh S p+dp p 考虑压强随温度变化 绝热准静态过程 其中： 气体绝热自由膨胀 气体 真空 每上升1km，温度下降10K，大致符合观察(距地面10km)。再向上比较复杂。 二. 理想气体的多方过程 热容量 C = const. 的过程称为多方过程。 n 称为多方指数： 绝热过程： 多方过程方程： 三. 绝热自由膨胀过程 （非准静态过程!!） 真空 刚性绝热壁 隔板 T1 T2 对理想气体： 器壁绝热： Q = 0 向真空膨胀：A = 0 热 I 律 E1 = E2 T1 = T2 对真实气体： 分子力以引力为主时 T2 T1， 分子力以斥力为主时 T2 T1。 （是等温过程吗？） 四. 节流过程 节流过程：气体通过多孔塞或小孔向压强较 低区域膨胀的过程。 焦耳 — 汤姆孙效应：实际气体通过节流过程 温度会升高或者降低。 温度降低的称为正焦耳 — 汤姆孙效应，可用 来制冷和制取液态空气。 p1 p2 多孔塞 过程中 p1、p2 保持恒定，过程绝热， 气体通过多孔塞前：内能 E1、体积 V1， 气体通过多孔塞后：内能 E2、体积 V2， Q = 0， A = p2V2? p1V1， 由热 I 律有： 设： p1 p2 多孔塞 所以： 定义“焓”： 气体的绝热节流过程是等焓过程。 理想气体内能只是温度的函数，不存在焦耳 — 汤姆孙效应。 实际气体都存在焦耳 — 汤姆孙效应，说明它 们的内能与体积有关，即气体分子间存在相 互作用力。 焓是状态函数， 内能是等体过程中系统吸的热量： 内能 E 、焓 H 与系统热容量的关系分别为： 是等压过程中系统吸的热量： 有人根据绝热过程方程求得： 求：P2 （√） 真空 （×） 但注意：这只是初、末态温度相同而已， 不是准静态等温膨胀过程！ 【例】 理想气体绝热自由膨胀 V1 ? V2 = 2V1 解： 有人根据理想气体物态方程求得： 不是准静态过程！ 准静态等温膨胀过程 ? 绝热自由膨胀过程 ? 准静态绝热膨胀过程（等熵过程） 准静态等温膨胀过程： ?E = 0 （隔板慢慢向右移动） — 吸热并对外作功过程 绝热自由膨胀过程：?E = A = Q = 0 * 第十章 热力学第一定律 △§10.8 致冷循环 §10.1 准静态过程 △§10.2 功 §10.4 热容量 §10.5 绝热过程 §10.6 循环过程 §10.7 卡诺循环 第十章 热力学第一定律 △§10.3 内能、热量、热力学第一定律 始平衡态 一系列 非平衡态 末平衡态 过程进行的任一时刻，系统状态并非平衡态。 热力学中为了利用平衡态的性质，需要引入 准静态过程的概念。 §10.1 准静态过程 热力学系统从一个状态变化到另一个状态， 称为热力学过程，简称“过程”。 准静态过程：系统的每一状态都无限接近于 平衡态的过程，即准静态过程是由一系列平 衡态组成的过程。 ←快 非平衡态 准静态过程是理想化过程，是实际过程近似。 ←缓慢 接近平衡态 非准静态过程 准静态过程 过程只有进行得无限缓慢，每个中间态才可 看作是平衡态。 如何判断“无限缓慢”？ 引入弛豫时间 ? ： 平衡破坏 恢复平衡 经历? 当 ?t过程 ? 时， 过程就可视为准静态过程。 无限缓慢是个相对概念。 气体压强 p 的弛豫时间： L ~ 10?1 m ~ 10-3 s 气缸线度 分子热运动平均速率 ~ 102 m/s 活塞运动周期 ?t ~ 10-2 s ?p ~ 10-3 s， 所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。 例如，内燃机气缸内中气体经历的过程： ( p2 , V2) ( p1 , V1) (p , V ) 过程