李椿《热学》（第二版）电子教案-第5章 热力学第一定律.pptVIP

1. 等体过程 §5.7 热力学第一定律对理想气体的应用 热力学第一定律数学表达式 吸收的热量全部转化为系统的内能。 2. 等压过程 准静态过程 吸收的热量一部分转化为系统的内能,另一部分转化为对外做的功。 3. 等温过程 准静态过程 吸收的热量全部转化为对外做的功。 4. 绝热过程 两边求微分 系统和外界没有热量交换的过程——绝热过程。 比热容,绝热指数 令 即： 泊松方程 A为常量 可得绝热过程方程不同形式 比较斜率 及关系 利用物态方程 等体过程 等压过程 等温过程 绝热过程 过程方程 过程方程 过程方程以过程为基础，涉及的是系统在准静态过程中的每一个平衡态，而物 态方程并不强调过程，它所表述的只是系统的任一给定的平衡态。 5. 多方过程 绝热过程中：热量传递速率为零。 n为多方指数 满足此式的过程——多方过程 等温过程中：热量传递速率为无穷大。 用下列公式表达在气体中进行的实际过程 实际上，气体进行的过程，既不是等温又不是绝热的，而是介于二者之间的过程。 n=0, 等压过程 n=1, 等温过程 n=γ, 绝热过程 n=∞, 等体过程 n=γ n=∞ n=1 n=0 等温 绝热 等体 等压 p V 0 由 理想气体 多方过程方程 多方过程的功 利用 多方过程摩尔热容 由上面三式消去dV、dT、dp, 设多方过程摩尔热容为Cn,m 多方过程摩尔热容 n=0, 等压过程 n=1, 等温过程 n=γ, 绝热过程 n=∞, 等体过程 当n ?时：Cn,m 0, ΔT0, ΔQ0 吸热。 若1n ?时：Cn,m 0, ΔT0, ΔQ0 ， 放热，称为多方负热容。 [例题] 干燥大气温度绝热递减率。 大气温度的垂直分布用准静态绝热过程模型来处理 力学平衡条件 对过程方程求微分 空气平均摩尔质量 [解] = - 9.8 K/km 绝热递减速率 [例] 理想气体经历一热力学过程，过程方程为 其中p0和k为常量。试问（1）当系统按此过程体积扩大一倍时，系统对外做了多少功？ （2）在此过程中的热容是多少？ （2） [例] (1) 过程方程可写成 做功 对 求微分，得 热容量不是常量。 热容是常数的过程为多方过程。 将 代入 由（1）、（2）式得 由理想气体物态方程得 §5.8 循环过程和卡诺循环 热量转换为功的机械——热机。 一、循环过程及其效率热机 如蒸汽机、内燃机 经过一系列过程，工作物质又回到了原来的状态．各种其他热机虽然具体工作过程各不相同，但其能量转化的情况类似，即热机对外做功所需的能量是来源于高温热源处吸收的热量的一部分。 1. 热机 蒸汽机示意图 蒸汽机 内燃机 一系统由某一状态出发，经过任意的一系列过程回到原来的状态，这样的过程叫做循环过程。 顺时针—正循环； 2. 循环过程 逆时针—逆循环。 对于正循，在过程ABC中，系统对外界做正功，其数值等于ABCNMA所包围的面积大小。 过程CDA，外界对系统做功，即系统对外界做负功，数值等于CNMADC所包围的面积。 因此，在正循环中，系统对外界所做的总功A为正，等于ABCDA所包围的面积。 系统最后回到原来状态，内能不变。 因此，由热力学第一定律可知，在整个循环过程中系统从外界吸收的热量的总和必然大于放出的热量总和。 且差值 从某些高温热源处所吸收的热量部分用来对外做功，部分在某些低温热源处放出，系统回到原来状态。 热机效能的重要标志之一就是它的效率，即吸收来的热量有多少转化为有用的功。 热机效率的定义： * 第五章 热力学第一定律 在第一章中只讨论了热力学系统处在平衡状态时的某些性质，现在研究热力学系统从一个平衡态到另一个平衡态的转变过程。 §5.1热力学过程 当热力学系统的状态随时间变化时，就说系统经历了一个热力学过程 。 初平衡态 一系列非平衡态 末平衡态 (p1,V1) (p2,V2) 系统的状态为什么会发生变化？ 系统从一个平衡态破坏开始到另一个新的平衡态的建立所用的时间称为弛豫时间。 过程往往进行得较快，在还未达到新的平衡前又继续了下一步的变化。在过程中系统必然要经历一系列非平衡状态，这种过程称为非静态过程。 设有一个带活塞的容器，里面装有气体，气体与外界处于热平衡(外界温度 保持不变)，气体的状态参量用 表示。 将活塞迅速向左移动，压缩气体。 当活塞停止运动后，经过足够长的时间，气体将达到新的平衡态，具有各处均匀一致的压强p及温度T 。 在热力学中，具有重要意义的是所谓的准静态过