“热学(即分子物理学)”课程教学纲要-公开课件.ppt

第五章热力学第一定律 热力学过程 准静态过程 非静态过程 作功 体积功 作功的计算 过程曲线 示功图 广义坐标 广义位移 广义力 广义功 绝热过程 绝热功 内能 摩尔内能 热量 传热 传热的计算 热容 比热容 摩尔热容 焓 摩尔焓 作功与传热都是过程量  作功与传热的等当性  *作功与传热的本质区别 热力学第一定律  能量守恒定律  第一类永动机  符号规定  *爱因斯坦对经典热力学的评价 爱因斯坦曾经说： “一个理论，如果它的前提越简单，而且能说明的各种类型的问题越多，适用的范围越广，那么它给人 的印象就越深刻。因此，经典热力学是具有普遍内容的、唯一的物理理论，我深信，在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的。” 随后，爱因斯坦又说： “尽管热力学结构简单，但难以捉摸。因为热力学的许多想法和概念都难以想象。一下子不能弄清楚，需反复地认识。” 焦耳实验 绝热自由膨胀过程 等内能过程  *焦耳效应 *焦耳系数 理想气体的内能 *范德瓦耳斯气体的内能  *范德瓦耳斯气体的焦耳效应 焦耳－汤姆孙实验 绝热节流膨胀过程 等焓过程  焦耳－汤姆孙效应 焦耳－汤姆孙系数 理想气体的焓 *范德瓦耳斯气体的焓  *范德瓦耳斯气体的焦耳－汤姆孙效应 *焦耳－汤姆孙实验和焦耳实验的比较 *焦耳－汤姆孙实验的优点 反转温度 *范德瓦耳斯气体的反转温度曲线  *范德瓦耳斯气体的焦耳系数和焦耳－汤姆孙系数 焦耳实验和焦耳－汤姆孙实验 焦耳实验和焦耳－汤姆孙实验都是研究气体内能的著名实验。 一、焦耳－汤姆孙实验是在稳态下进行测量的，即使温度只有0.1K的改变，也可以准确地测出来；而焦耳实验则不然。 二、焦耳－汤姆孙实验中温度的改变常常比焦耳实验中温度的改变要大一些，更容易被准确地测量。 三、对于极稀薄的实际气体，焦耳－汤姆孙实验往往总能得到与理想气体不同的结果；而焦耳实验却会得到与理想气体相同的结果，此点特别重要。 如果把真实气体用范德瓦耳斯模型来处理，它们在焦耳实验和焦耳－汤姆孙实验中将会得到明显不同的结果。 范德瓦耳斯气体的摩尔内能为 u=u0+CvT?(a/v). 范德瓦耳斯气体的焦耳系数为 ?=(?T/?v)u  =?(?u/?v)T/Cv =?a/(Cvv2). 当v??时， ??0. 由此可见，极稀薄的实际气体在焦耳实验中将得到和理想气体相同的结果。 范德瓦耳斯气体的摩尔焓为h=u0+(Cv+R)T ?(2a/v)+[RTb/(v?b)]. 范德瓦耳斯气体的焦耳－汤姆孙系数为 ?=(?T/?p)h  =?(?h/?p)T/Cp =?(b/Cp){(T?/T)[1?(b/v)]2?1}/ {[(T?/T)[1?(b/v)]2(b/v)]?1}. 当v??时，b/v?0，因而 ??b[(T?/T)?1]/Cp. 由此可见，除非T=T?= 2a/(Rb)，否则极稀薄的实际气体在焦耳－汤姆孙实验中将得到和理想气体不同的、非零的结果。 理想气体的宏观定义 迈耶关系  热功当量的测定  热力学第一定律对理想气体的应用 物态方程pV=?RT=(M/?)RT.lnp+lnV=ln(?R)+lnT  =ln(MR/?)+lnT. (dp/p)+(dV/V)=dT/T.(物态方程的微分形式) 内能和焓U=U(T). (焦耳定律)H=U(T)+?RT =H(T). 摩尔热容Cp/Cv=cp/cv =?. (绝热指数)Cp?Cv=R. (迈耶关系) Cv=(?u/?T)v=du/dT  =R/(??1).Cp=(?h/?T)p=dh/dT  =?R/(??1).  内能和焓的改变?U=Qv=??T?TCvdT?H=Qp=??T?TCpdT 若? =常数，即Cv=常量，Cp=常量，则 ?U=Qv=? Cv ?T=? R?T/(??1)=?(?RT)/(??1) =(p2V2?p1V1)/(?