《热力学及其应用》课件.pptVIP

**********************热力学及其应用热力学是研究各种能量转化和传递过程的一门科学。它不仅在科学研究中发挥重要作用，在日常生活和工业应用中也有广泛应用。本课程将探讨热力学的基本概念和定律，并介绍其在各领域的实际应用。M什么是热力学？定义热力学是研究热、温度、功以及能量转换与传输规律的一门科学。它探讨了热量与其他形式的能量之间的关系。研究对象热力学关注物质系统在温度、压力、体积等因素影响下的行为规律。它包括内能、热量、功、熵等基本概念。作用范围热力学在工程、化学、生物等领域广泛应用,指导着热机、制冷设备、动力系统等的设计和优化。热力学的历史发展1古希腊时期亚里士多德和其他古希腊哲学家对热量和温度的概念进行了初步探讨。217世纪牛顿提出了经典力学理论,为热力学的发展奠定了基础。318-19世纪热机发明和蒸汽机的广泛应用促进了热量、温度和能量概念的发展。419世纪末克劳修斯、卡诺和其他科学家建立了热力学的基本定律,奠定了热力学的基础。520世纪热力学理论与量子力学、相对论的结合推动了热力学的深入发展。热力学第一定律热量和功热力学第一定律阐述了热量与机械功之间的关系。热量能够转化为机械功,反之亦然。系统吸收的热量等于系统的内能增加和机械功之和。内能概念内能是物质微观粒子的平动能和位能之和。内能的变化可以通过系统吸收或释放的热量来表示。内能的增加会导致温度升高。热机效率根据热力学第一定律,热机的热效率等于它输出的机械功与吸收的热量之比。提高热机效率是热动力学研究的核心目标之一。广泛应用热力学第一定律广泛应用于热力发电机、内燃机、热泵、制冷系统等各种热力系统的分析和设计。内能和热内能是物质本身含有的热量,是物质微观粒子热运动能量的总和。热则是通过温度差引起的热量传递过程。内能和热密切相关,能量可以在内能和热之间转换。内能物质自身所含的热量,由微观粒子热运动能量构成。热热量通过温差在系统之间的传递过程。热可以改变物体的温度和内能。功和热机功的概念功是指物体受到力的作用而发生位置变化所做的功。物体在一个过程中所能完成的功称为这个过程的有用功。热机的工作原理热机是利用热量转换为机械功的装置。通过热源向工作物质输送热量,使其发生热膨胀并产生机械功。热机效率热机的热力效率是指热机所产生的有用功与从热源吸收的热量之比。通过提高热源温度和降低工作温度可以提高热机效率。热力学第二定律1效率限制热力学第二定律规定热量可以自发地从低温物体流向高温物体,但不能完全逆转此过程。这限制了热机的最大效率。2熵增定律第二定律还指出,在任何自发过程中,系统的熵都会增加。熵的增加反映了无序程度的增加。3不可逆性现实世界中的许多过程都是不可逆的,如摩擦、化学反应、热传导等,这些不可逆过程都会导致熵的增加。熵定义和计算熵是热力学中一个重要概念，它反映了系统无序程度的度量。熵的定义是热力学系统从有序转向无序的自发过程中,系统内部能量的涣散程度。熵的计算公式为:S=k·ln(w)，其中k为玻尔兹曼常数,w为热力学系统的微观状态总数。可逆过程可以看出,热力学第二定律规定了熵变必须大于或等于0,只有可逆过程熵变为0,而自然过程熵变大于0,返差过程熵变小于0。这就是熵的重要表现。各种熵变过程1封闭系统无能量交换，熵值只能增加2开放系统可以交换能量和物质，熵值可增可减3可逆过程熵值不变，可逆回到初始状态4不可逆过程熵值不断增加，无法逆转热力学定律中提出的各种熵变过程包括封闭系统中的熵值增加、开放系统中的熵值增减、可逆过程中的熵值不变以及不可逆过程中熵值不断增加。这些过程反映了热力学定律的精髓，描述了自然界的熵变规律。热力学第三定律热量和温度的关系热力学第三定律表明，绝对温度越低，物质中的热量越少。当温度趋向于绝对零度时，系统的熵也趋向于零。这揭示了热量和温度之间的内在联系。零度熵和绝对零度根据热力学第三定律，当一个纯净的结晶固体的温度降到绝对零度时，其熵趋于零。这说明在绝对零度,各个分子都处于最有序的状态。热力学第三定律的应用热力学第三定律不仅在理论上有重要意义,而且在很多工程应用中也有广泛应用,如制冷系统设计、热电转换等。它是理解和预测热量变化的重要依据。热机和制冷机热机热机利用热量实现机械功的转换,如蒸汽机、内燃机等。它们通过吸收热量来做功,从而达到驱动机器的目的。制冷机制冷机利用热量的吸收和释放原理来达到制冷的目的,如家用冰箱等。它们通过吸收环境中的热量来降温,从而实现制冷。效率比较热机的热力效率通常较低,而制冷机的制冷性能系数相对较高。两者在