《物理学基础教程》课件 第6章.ppt

第6章 热力学基础 ;本章学习要点;6.1 热力学系统及准静态过程 ; 准静态过程是指该过程进行地足够缓慢，以致系统连续经历的每一个中间状态都可视为平衡态。 在准静态过程中，每一个中间状态都可用一组确定的状态参量（p、V、T）来描述。而p、V、T三个参量中只有两个是独立的，知道其中任意两个参量，根据理想气体状态方程都可求出第三个参量。这样，p–V图（或p–T图、V–T图）中的任意一点都对应着一个平衡态，而图中任意两点之间的任一条平滑曲线，都代表一个准静态过程。如下图所示曲线就表示系统由A态到B态的某一准静态过程。本章所讨论的过程都是准静态过程。 ;6.2 内能、做功及传热 ;6.2.2 做功 ; 如下图所示，系统对外所做的元功为曲线下画斜线的小矩形面积，系统从A态变化到B态的过程中，对外所做的总功为曲线下曲边梯形的面积。式（6–1）和式（6–2）虽然是由特例导出的，但它们适用于任何气体系统的准静态过程。 ;6.2.3 传热 ; 做功与传热的联系与区别如下。 做功和传热都是改变系统内能的方式，即功和热量都是系统能量变化的量度。功和热量都与系统的状态变化过程有关，都是过程量。 做功和传热的微观本质是不同的。做功是通过系统与外界物体之间产生宏观相对位移来完成的，是外界物体有规则运动和系统内分子无规则热运动之间发生能量转换的过程；传热是通过系统与外界边界处分子之间的碰撞来完成的，是系统外分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间交换能量的过程。 ;6.3 热力学第一定律及其应用 ; 在系统状态的微小变化过程中，系统吸收的热量用dQ表示，系统对外做的功用dW表示，系统内能的增量用dE表示，则热力学第一定律可表示为： dQ＝dE＋dW 热力学第一定律其实就是包含热现象在内的能量守恒定律。历史上，曾经有人企图设计一种机器，它不消耗任何能量，却能不断对外做功，这种机器称为第一类永动机。很显然，第一类永动机的原理违反了热力学第一定律，是不可能制造出来的。因此，热力学第一定律也可表述为：第一类永动机??不可能制造成的。 ; 【例6-1】如下图所示，一定量气体，由状态A沿路径I变化到状态B的过程中，吸热800J，对外做功500J，求气体的内能改变了多少？若气体从状态B沿路径II回到状态A的过程中，外界对气体做了300J的功，求气体放出的热量为多少？ ;6.3.2 热力学第一定律的应用 ; 在等容过程中，因气体体积不变，气体不做功，故根据热力学第一定律可得，此过程中系统吸收（或放出）的热量dQV、QV为： ; 质量为M、摩尔质量为μ的理想气体，经等容过程，从状态I（p1，V，T1）变化到状态II（p2，V，T2）时，根据理想气体的内能公式，可得等容过程中传递的热量为： ;2．等压过程 ; 在等压膨胀过程中，由于气体的压强不变，故气体对外所做的功Wp为： ; 质量为M、摩尔质量为μ的理想气体，经等压过程，从状态I（p，V1，T1）变化到状态II（p，V2，T2）时，根据式（6–11），可得等压过程中传递的热量为： ; 根据上式，理想气体在等压过程中所传递的热量也可表示为： ; 在等温过程中，因温度不变，系统的内能也不变化，故根据热力学第一定律可得，此过程中系统吸收的热量dQT、QT为： ;4．绝热过程 ;下面推导理想气体在绝热过程中状态参量的关系，即绝热方程。 在绝热过程中，因 ;令 ，γ称为热容比，则上式可写为： ; 可在p–V图上画出理想气体的绝热过程曲线（即绝热线），如下图所示实线。在下图中，还画出了等温线（虚线）。可以看出，绝热线比等温线陡一些。 ; 【例6-2】如下图所示，使1mol氧气发生如下两种变化：（1）从状态A等温变化到状态B；（2）从状态A等容变化到状态C，再等压变化到状态B。试分别计算两种变化中气体所做的功及吸收的热量。 ; （2）从状态A等容变化到状态C，再等压变化到状态B的过程 因Ta＝Tb，故有Ea＝Eb。对A→C→B的整个过程，运用热力学第一定律，有 Q＝Eb－Ea＋W＝W＝WAC＋WCB 因A→C过程为等容过程，WAC＝0，故 W＝WCB＝pC（VB－VC） ＝1.013×105×（－）×10–3＝2.27×103（J） A→C→B的整个过程中气体吸收的热量为：