热力学教程PPT课件

1、1热力学研究的对象为热力学系统。热力学系统可以是气体、液体、固体。本章主要研究理想气体。热力学系统的状态随时间变化的经历为热力学过程。热力学过程中所经历的各个状态都由热平衡态构成的过程，为准静态过程。第1页/共34页2如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变化，则该过程也不是准静态过程。例如：气缸活塞压缩的速度过快，气体的状态发生变化，还来不及恢复，P、V、T 无确定关系，则此过程为不是准静态过程。F第2页/共34页3准静态过程中，变化是缓慢进行的，平衡打破后，必须等待重新达到平衡后再发生下一次变

2、化。气体的各状态参量都有确定的值，可在 PV 图上作出连续的过程曲线。PoVBA第3页/共34页4第4页/共34页5例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推动气缸活塞对外作功。2.气体作功的计算cosFdrdAAbaba由功的定义：系统通过做功将热能转化为其它能量 。系统作功是通过物体作宏观位移来完成的。dxSFP压强FdxdA元功PSdxPdVPdVSF第5页/共34页61VoPV2V12dVP曲线下的面积：PdVVV21功的大小不仅取决于系统的始末状态，且与系统经历的过程有关，AFdxdA 如果体积变化从 V1V2，在整个过程中气体作功为：元功PdVdAAVVba21PSdxPdV第6

3、页/共34页7从图中可看出， 12与1a2两个过程的始末状态相同，但过程曲线不同，两条曲线下的面积不同，则作功也不同。1VoPV2V12热量是从高温物体向低温物体传递的能量。热量是过程量。用Q表示向系统传递的热量：热量是能量的一种形式。热功当量 1卡=4.186焦耳(见P103）Q0 表示系统吸收热量。Q0 ， E 0。TRiMmE2系统温度降低 T 0, E0 ， A 0。体积收缩系统对外界做负功， V0 ， A 0系统放热 Q放 0设一热力学系统，初始时内能为E1，如果系统吸热，使系统内能增加到E2，系统对外作功A。系统吸QA由能量守恒与转换定律AEEQ)(12AEQ系统吸收的热量，转变成

4、系统的内能和系统对外做的功。当过程以微小的形式进行时E第11页/共34页12系统吸QEW热力学第一定律对微小过程的应用dAdEdQd注意：符号表示“元”，因为Q、A不是状态函数，不能写成微分。PdVdEdQPdVAVV21由于准静态过程：注意:1、内能增量、功、热量的正负规定。第12页/共34页132、热力学第一定律是从实验中总结出来的，表明系统通过吸热才能够对外做功。第一类永动机不能制成。第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对外作功的机械。第一类永动机违反能量守恒定律。第13页/共34页14第14页/共34页15系统的体积不变,系统对外做功为0。00dAdVoPV2PV1P12V)(21

5、2TTRiMmQVTRiMm2系统吸热全部转化为内能增量。第15页/共34页16系统的温度不变，内能增量为0。0dTCPVoPV2V1P1V12T恒温源T2PPdVAVV21第16页/共34页17RTVMmP VdVRTAVV21由理想气体状态方程1212lnlnVVRTMmVVRTA等温过程的功VdVRTVV21VRT由过程方程2211VPVP2112PPVV则等温过程的功2121lnlnPPRTMmPPRTA第17页/共34页18AEQAQT等温过程0E则意义：等温过程系统吸热全部用来对外作功。12lnVVRTMmAQT21lnPPRTMm由热力学第一定律：第18页/共34页19P系统的压

6、强不变0dPoPV2V1V12PPTRiMmE2压强不变PdVAVV2121VVdVP)(12VVPVP第19页/共34页20AEQP)()(21212VVPTTRiMm)()(21212TTRMmTTRiMm)() 12(12TTRiMm)() 12(12VVPi第20页/共34页21例1、一摩尔的单元子理想气体，从同一状态下出发，经过等容，等压过程分别到达同一等温线上。如图 T1=300K,T2=400K,求这两个过程的功，内能增量，和热量。oPV2V1P1V122P1T2T解：等容过程)(221TTRiQ)400300(31. 823J12460AE第21页/共34页22等压过程：)()

7、 12(21TTRiQ)400300(31. 825J2078)(221TTRiEJ1246EQAJ832)1246(2078第22页/共34页23热容，摩尔热容：热容： 质量为 m 的系统，温度升高 T 时所吸收的热量为 Q 则该系统的热容定义为:TQC系统吸热可以表示为：)( 12TTCQ)(212TTRiMmQV对等容过程：对等压过程：)() 12(12TTRiMmQp引入摩尔热容TQCm摩尔热容只和理想气体的自由度有关。第23页/共34页24对于等容过程摩尔热容为RiCvm2对于等压过程摩尔热容为RiCpm) 12()(212TTRiMmQV对等容过程吸热：对等压过程吸热：)() 12

8、(12TTRiMmQp)(12TTCMmvm)(12TTCMmpm若取m为单位质量,得到的热容称为比热容。第24页/共34页25TmQC得到：等体比热MiRTmQCvv2得到：等压比热MRiTmQCvv) 12(第25页/共34页26系统与外界绝热。无热量交换。绝热材料0dQ0dQ绝热过程摩尔热容为0。0aC系统对外作功全部靠内能提供。系统对外做功，内能减少，外界对系统作功内能增加。AEQ0AEEA绝热过程TRiMm2第26页/共34页27由热力学第一定律的微小过程公式PdVdEdQ02PdVdTCMmPdVRdTiMmv(1)由理想气体状态方程RTMmPV 全微分RdTMmVdPPdV(2)

9、(3)将 (1)R/Cv 代入 (3)vCRPdVVdPPdV第27页/共34页28vPCCRCCvP由引入热容比0PdVCRCVdPvv0PdVVdP两边同除以 PV0VdVPdP改写为：0PdVCRVdPPdVvvCRPdVVdPPdV第28页/共34页29lnlnCVP积分lnCPV1CPV（4）由（2）式与（4）消 P21CTV（5）由（2）式与（4）消V31CTP（6）0VdVPdP第29页/共34页307将绝热线与等温线比较。oPV等温线2V1V21绝热线.等温线斜率.绝热线斜率CPV2VCdVdP1CPV2VPVVP11VCdVdP1VPVVP绝热线斜率是等温线斜率的 倍。绝热线

10、要比等温线陡。第30页/共34页31意义：对于相同体积变化，等温过程对外作功温度不变，系统从外界吸收热量，压强 P 下降较慢；对于绝热过程，系统对外作功全部靠内能提供，所以压强下降得较快，曲线较陡。oPV等温线2V1V21绝热线第31页/共34页32oTV等温线2V1VaC绝热线b例2：如图所示为一理想气体，（、i已知)的循环过程，其中ca 为绝热过程，a点和b点的状态参量已知为：（T1,V1)，(T1,V2) 。求1、气体在ab,bc 两过程与外界交换的热量，2、c点的状态参量。1T解:ab 是等温过程)ln(1211VVRTAQb c是等容过程，但T2 未知。由绝热过程方程21CTV212111TVTV1121