热学 03 热力学第一定律幻灯片.ppt

1?2 等温膨胀 2?3 绝热膨胀 3?4 等温压缩 4?1 绝热压缩 两个绝热方程 卡诺热机的效率 —— 与工质无关 —— 与工质无关 规定水的三相点温度 —— —— 测出工质从热库T1吸收的热量 和在热库T2放出的热 —— 可以得到温度T1 —— 热力学温标 07 制冷过程 —— 工质从低温热库吸热 Q2 向高温热库放热 Q1 外界对工质做功 A 致冷循环 —— 热机循环的逆循环 致冷系数 —— 工质从外界吸的热量与外界对工质做功比值 卡诺致冷循环 第三讲 热力学第一定律XCH 热学－ 大学物理 AT ALL 41 PAGES CREATED BY XCH 第 三 讲 热 力 学 第 一 定 律 01 热力学第一定律 系统的内能： 分子动能和作用势能之和 封闭热力学系统 —— 与外界没有质量交换的系统 1) 外界做功不改变系统的内能 —— 系统内能不变 —— 例如外力作用下气缸运动，保持气缸体积不变， 分子的平均动能和相互作用势能不变 —— 外界做的功转变为什么？—— 2) 外界做功改变系统的内能 气缸中的气体： 活塞压缩气体，体积变化， 分子的平均动能和势能改变。 有规则运动动能转化为系统内分子的无规则运动能量 3) 外界传热改变系统的内能 系统与外界接触 —— 冷水放入热锅 热锅中的分子与水分子碰撞，将部分动能传递给水分子， 冷水温度升高，内能增加。 2 热力学第一定律 热力学第一定律 从外界吸收的热量等于系统内能增加和对外做的功 —— 从外界吸热 —— 向外界放热 —— 系统对外界做功 —— 外界对系统做功 3 功、内能和热量 绝热过程 系统的内能变化用绝热过程中外界对系统做的功来量度 —— 是热力学系统状态的单值函数 —— 内能是状态量 等容过程 系统内能变化用等容过程中外界传给系统的热量来量度 02 准静态过程 1 准静态过程 压缩过程缓慢进行 任一时刻系统的状态 可看作是平衡态 热力学系统从一个平衡态经历一个非平衡过程到达一个 新的平衡态所需时间 —— 驰豫时间 驰豫时间 ~10-3 s 准静态过程 ——一系列依次接替的平衡态 2 准静态过程的表示 准静态过程 —— 状态图中的一条曲线表示 —— p－V 图 —— p－T 图 —— T－V 图 —— 曲线上任一点表示 系统的一个平衡态 3 准静态过程中的功 汽缸中的气体对活塞做的元功 有限的准静态过程 p和V —— 状态参量 A —— 与系统始末状态及经历的热力学过程有关 经历过程不同 —— 对外做的功也不一样 系统做的功 —— P－V状态曲线和横坐标围成的面积 1) 等容过程 状态方程 系统做功 内能变化 系统吸热 —— 系统吸热，温度升高，内能增加 2) 等压过程 系统做功 内能变化 系统吸热 3) 等温过程 状态方程 内能变化 系统做功 系统吸热 把压强为1.013×105 Pa、体积为100 cm3的氮气压缩到20 cm3时，计算气体内能的增量、吸收的热量和所做的功。 假定 1) 等温压缩。 2) 先等压压缩，然后再等体升压到同样状态 ? 1) 等温压缩 气体吸热 2) 气体从状态 等容过程 系统始末状态相同 —— 气体放热和外界做功都不同 —— 气体向外界放热 03 热容 —— 系统和外界的热传递引起系统温度变化 不同的物质，温度升高相同，吸热不同 物质的摩尔热容 —— 1 mol的物质升高1K所需的热量 —— 1 mol升高dT所需的热量 摩尔热容 —— —— 过程量 —— 物质的摩尔热容与过程有关 理想气体摩尔定压热容 理想气体摩尔定容热容 摩尔定容热容 摩尔定压热容 —— 迈耶公式 比热容比 —— 在一般问题所涉及到的温度下， 为常数 理想气体的内能 单原子分子(He, Ne, Ar) 双原子分子(H2, O2, N2, CO) 多原子分子(CH4, NH3, SO2 ) 单原子和双原子分子 —— 理论和实验结果吻合得好 多原子分子 —— 理论和实验结果相差较大 —— 原子振动和电子对热容均有贡献 04 绝热过程 —— 系统与外界没有热量交换 1 准静态绝热过程 无限小绝热过程 理想气体 —— 泊松方程 绝热线比等温线更加陡峭 系统从状态1分别经过等温和绝热压缩过程 发生相同的体积变化?V 等温过程 ——